Астрономы раскрывают замечательные симуляции эпохи реионизации ранней Вселенной

Прочитано: 102 раз(а)
1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (2 голосов, среднее: 5,00 из 5)
Loading ... Loading ...


Это похоже на мерцание светлячков в темноте. Медленно, все больше и больше накапливаются, освещая экран большими кусками и кластерами.

Но это не видео о насекомых. Это симуляция ранней Вселенной, времени после Большого взрыва, когда космос превратился из места полной тьмы в сияющую, наполненную светом среду.

Потрясающее видео является частью большого набора симуляций, описанных в серии из трех статей, принятых в Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества . Создано исследователями Центра астрофизики | Гарвардского и Смитсоновского институтов, Массачусетского технологического института и Института астрофизики Макса Планка, моделирование представляет собой монументальный прогресс в моделировании образования первых галактик и реионизации — процесса, посредством которого нейтральные атомы водорода в космосе превращались в положительно заряженные или ионизированный водород, позволяющий свету распространяться по Вселенной.

Астрономы раскрывают замечательные симуляции эпохи реионизации ранней Вселенной

Смоделированный период, известный как эпоха реионизации, имел место около 13 миллиардов лет назад, и его было сложно реконструировать, поскольку он включает чрезвычайно сложные хаотические взаимодействия, в том числе между гравитацией, газом и излучением или светом.

«У большинства астрономов нет лабораторий для проведения экспериментов. Масштабы пространства и времени слишком велики, поэтому мы можем проводить эксперименты только на компьютерах», — объясняет Рахул Каннан, астрофизик Центра астрофизики и ведущий автор первой статьи серии. «Мы можем использовать основные уравнения физики и основные теоретические модели для моделирования того, что происходило в ранней Вселенной».

Моделирование команды, названное Thesan в честь этрусской богини утренней зари, разрешает взаимодействия в ранней вселенной с высочайшей детализацией и в самом большом объеме по сравнению с любым предыдущим моделированием. Физика ранней Вселенной фиксируется в масштабах, которые в миллион раз меньше, чем смоделированные регионы, что обеспечивает беспрецедентную детализацию свойств ранних галактик и того, как свет от этих галактик воздействовал на газ.

Команда достигает этого, комбинируя реалистичную модель формирования галактик с новым алгоритмом, который отслеживает, как свет взаимодействует с газом, а также с моделью космической пыли.

С Thesan исследователи могут смоделировать часть нашей Вселенной, охватывающую более 300 миллионов световых лет в поперечнике. Команда может запустить моделирование вперед во времени, чтобы отследить и визуализировать первое появление и эволюцию сотен тысяч галактик в этом пространстве, начиная примерно через 400 000 лет после Большого взрыва и в течение первого миллиарда лет.

Моделирование показывает постепенное изменение Вселенной от полной тьмы к свету.

«Это немного похоже на воду в лотках для кубиков льда: когда вы кладете его в морозильную камеру, это требует времени, но через некоторое время он начинает замерзать по краям, а затем медленно расползается», — говорит соавтор исследования Аарон Смит. научный сотрудник NASA Einstein в Институте астрофизики и космических исследований им. Кавли Массачусетского технологического института. «Та же ситуация была и в ранней Вселенной — это был нейтральный темный космос, который стал ярким и ионизированным, когда свет начал исходить из первых галактик».

Моделирование было создано для подготовки к наблюдениям с космического телескопа Джеймса Уэбба (JWST), который сможет заглянуть дальше во времени — примерно на 13,5 миллиардов лет — чем его предшественники, такие как космический телескоп Хаббла.

Эволюция смоделированных свойств в основном прогоне Thesan. Время идет слева направо. Темная материя (верхняя панель) коллапсирует в структуру космической паутины, состоящей из сгустков (ореолов), соединенных нитями, а газ (вторая панель сверху) следует за ней, коллапсируя, создавая галактики. Они производят ионизирующие фотоны, которые вызывают реионизацию космоса (третья панель сверху), нагревая при этом газ (нижняя панель). Кредит: Кредиты: THESAN Simulations

«Многие телескопы, которые появляются в сети, такие как JWST, специально предназначены для изучения этой эпохи», — говорит Каннан. «Именно здесь на помощь приходят наши симуляции; они помогут нам интерпретировать реальные наблюдения того периода и понять, что мы видим».

Команда объясняет, что вскоре реальные наблюдения и данные телескопа будут сравниваться с симуляциями Thesan.

«И это самое интересное», — говорит соавтор исследования Марк Фогельсбергер, адъюнкт-профессор физики Массачусетского технологического института. «Либо наши симуляции и модель Thesan согласуются с тем, что находит JWST, что подтвердит нашу картину Вселенной, либо будут значительные разногласия, показывающие, что наше понимание ранней Вселенной неверно».

Команда, однако, не будет знать, как обстоят дела с различными аспектами их модели, пока не начнутся первые наблюдения, которые будут охватывать широкий круг тем, включая свойства галактик, поглощение и испускание света в ранней Вселенной .

«Мы разработали модели, основанные на том, что нам известно, — говорит Каннан. «Но хотя научное сообщество многому научилось за последние годы, все еще остается некоторая неопределенность, особенно в те ранние времена, когда Вселенная была очень молода».

Моделирование было создано с использованием одного из крупнейших в мире суперкомпьютеров SuperMUC-NG в течение 30 миллионов часов ЦП. Для выполнения тех же симуляций на обычном компьютере потребовалось бы более 3500 лет.

Астрономы раскрывают замечательные симуляции эпохи реионизации ранней Вселенной



Новости партнеров