Отечественные астрофизики и математики создали систему уравнений, которые реалистично описывают то, как гигантские облака газа могут превращаться в отдельные звезды или целые галактики. Их выкладки были опубликованы в журнале Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation.
"Мы уже получили интересные результаты. К примеру, существует закон Хаббла, описывающий процесс расширения Вселенной. Мы подвели математическую базу под этот физический принцип и выяснили, что возможны и "нехаббловские" сценарии. Эти данные важны для дальнейшего изучения теории образования звезд", — рассказывает Игорь Клебанов из Южно-Уральского государственного университета в Челябинске.
Сразу после Большого Взрыва Вселенная была практически равномерно заполнена тремя типами элементов – водородом, гелием, и небольшим количеством лития. После того, как она начала расширяться, эта материя была крайне неравномерно распределена по мирозданию благодаря своеобразному "эху" ее рождения, так называемым барионным акустическим осцилляциям.
Эти неравномерности, своеобразная "космическая паутина", как сегодня считают ученые, дала жизнь первым звездам и галактикам, возникшим в результате медленного "сгущения" газа в тех уголках Вселенной, где его плотность изначально была чуть выше средних значений. Ученые достаточно давно пытаются понять, как именно протекал этот процесс и как быстро он шел, что крайне важно для изучения истории рождения звезд и химической эволюции мироздания.
Клебанов и его коллеги по университету, как передает пресс-служба "Проекта 5-100", уже три года пытаются решить эту задачу математическим путем, просчитывая то, как будет себя вести газ в подобных "зародышах" галактик и светил при помощи так называемой теории групп.
Эта область алгебры уже более века широко применяется для решения самых разных физических задач, в том числе описания того, как устроены различные кристаллы, ядра химических элементов и как ведут себя субатомные частицы.
В нее входят и так называемые уравнения состояния – особые математические соотношения, отражающие то, как связаны между собой различные физические свойства систем из множества объектов. Поиск подобных взаимосвязей, а также симметрий в уравнениях, может заметно ускорить расчеты и приблизить ученых к пониманию того, как ведут себя элементы этих систем.
Российские математики решили эту задачу для уравнений состояния, описывающих поведение сгустков газа в космосе, и выяснили, в каких случаях их будет проще всего просчитать и как много решений они могут иметь, в том числе и тех, которые не укладываются в текущие представления о свойствах Вселенной.
"Мы можем взять любое уравнение состояния, посмотреть, какие там есть симметрии и найти инвариантные решения, то есть получить такие ответы, которые не меняются при соответствующих преобразованиях. Это позволит нам создать "банк" точных аналитических решений, необходимых для тестирования компьютерных программ для астрофизических расчетов, а также поможет объяснить некоторые законы природы", — продолжает Клебанов.
В ближайшее время челябинские математики планируют создать алгоритм, который позволит просчитывать подобные уравнения при помощи методов групповой классификации. Они уверены, что это откроет огромные возможности по изучению того, как работает Вселенная, и интерпретации данных, которые собирают телескопы и научные приборы.