Науковці ІТМО моделюють динаміку галактик за допомогою захоплених іонів

Фахівці Університету ІТМО розробили інноваційний підхід, що дає змогу з високою точністю моделювати рух зірок відносно центру нашої Галактики та прогнозувати подальші трансформації Чумацького Шляху. В основі цієї методики лежить використання атомарних іонів, які утримуються у спеціально створеній лабораторній пастці. Це дозволяє перейти від суто математичних обчислень до експериментального дослідження складних астрофізичних процесів, спираючись на принцип фізичної подібності.

Семен Рудий, науковий співробітник Науково-освітнього центру фізики наноструктур ІТМО, підкреслив значущість цього методу. Він зазначив, що тепер є можливість відтворити космічну систему буквально «на долоні». Це відкриває шлях до дослідження астрофізичних явищ та навіть певного впливу на них, адже заряджені частинки у пастці виступають прямим аналогом зірок. Галактики, як і будь-які інші масштабні космічні об’єкти, є вкрай складними динамічними системами. Тут навіть найменші відхилення у початкових умовах можуть спричинити непередбачувані довгострокові наслідки, що традиційно обмежує точність стандартних обчислювальних моделей.

Для здійснення надійних прогнозів на тривалих часових інтервалах астрономи зазвичай вдаються до спрощених математичних конструкцій. Однією з таких є потенціал Хенона–Хейлеса, концепцію якого запропонували Мішель Хенон та Карл Хейлес ще у далекому 1964 році. Дослідження, проведене науковцями ІТМО та підтримане Російським науковим фондом, наочно продемонструвало: траєкторії руху атомарних іонів у квадрупольній пастці поводяться аналогічно орбітам зірок у галактичному потенціалі. Фізики встановили, що класичний астрофізичний потенціал Хенона-Хейлеса цілком можна реалізувати у системі, що складається з атомних іонів.

Для формування необхідної конфігурації електричного поля всередині пастки використовуються спеціальні електроди. Вони виготовлені з оксиду індію-олова, нанесеного на скляні підкладки. Дмитро Шербінін, старший науковий співробітник цього ж центру, звернув увагу на важливий аспект: хаотичні системи, незалежно від природи їхнього походження (чи то макрорівень, чи мікрорівень), підпорядковуються спільним універсальним закономірностям. Це дає підстави стверджувати про існування єдиних регуляторів для різних хаотичних систем, які здатні точно відтворювати одна одну.

Варто зазначити, що у суміжних наукових галузях, зокрема у сфері квантових обчислень на іонах, російські вчені з ФІАН вже демонстрували високі досягнення. Так, у грудні 2025 року вони досягли рекордної точності в однокубітних операціях на 70-кубітному комп’ютері, що слугує яскравим підтвердженням високого рівня їхньої експертизи у маніпуляціях з іонними системами. Водночас, тоді як закордонні дослідники, наприклад, Крістофер Монро, розглядають квантові симуляції на іонах як перспективну платформу для моделювання систем конденсованого стану, розробка російських науковців з ІТМО цілеспрямовано фокусується на моделюванні макроскопічних астрофізичних моделей, використовуючи при цьому ті самі фундаментальні принципи контролю за зарядженими частинками.