Как Вселената се е изпълнила със звезди и галактики? Нова мащабна компютърна симулация проследява ранната космическа история до около 2 милиарда години след Големия взрив. Наречена Lumina, тя позволява на учените да изследват как материята и светлината заедно са преобразили младия космос.
Проектът е разработен от международен екип с участието на Центъра за астрофизика „Харвард–Смитсониън“ и Масачузетския технологичен институт. Резултатите са представени в списанието Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Вселена в компютър
Lumina моделира взаимодействието между газ, тъмна материя и радиация, като проследява образуването на галактики и влиянието на техните източници на светлина върху междугалактическото пространство. Изчисленията обхващат куб със страна 500 мегапарсека, приблизително 1,6 милиарда светлинни години, измерени в мащаба на днешната Вселена.
Според създателите това е най-голямата космологична симулация от този тип, съчетаваща движението на газа с разпространението и въздействието на радиацията. Обемът ѝ е над 100 пъти по-голям от този на предишни сравними модели.
Визуализация на космическата мрежа с диаметър приблизително 650 милиона светлинни години. Снимка Popular Science
Моделът започва около 45 милиона години след Големия взрив. Оттам той проследява как се оформят първите галактики и как излъчването им променя огромните газови пространства между тях.
Как първите галактики променят космоса
Сред основните процеси в симулацията е реионизацията: високоенергийното излъчване отнема електрони от атомите в междугалактическия газ и променя неговото състояние и температура.
Структурата на космическата мрежа в симулациите на Lumina. Снимка Popular Science
Според резултатите звездите са основният двигател на реионизацията на водорода. За последващата реионизация на хелия решаващо е по-енергийното излъчване от активните галактични ядра, захранвани от свръхмасивни черни дупки. Lumina проследява тези процеси заедно с развитието на галактиките, които ги предизвикват.
Изпитание за представите ни за Вселената
Симулацията ще помага за тълкуването на наблюденията на космическия телескоп „Джеймс Уеб“. Астрономите могат да сравняват реално заснетите ранни галактики с предсказанията на модела. Съвпаденията укрепват доверието в използваните теории, а разминаванията показват къде обясненията за космическата еволюция се нуждаят от допълнителна работа.
Структурата на космическата мрежа - показва къде в ранната вселена водородът е преминал към съвременната си форма. Снимка Popular Science
За изчисленията е използван суперкомпютърът Frontier в Националната лаборатория „Оук Ридж“ в САЩ. Научната публикация посочва 105 504 процесорни ядра и 7536 графични ускорителя AMD Instinct MI250X. Моделът съдържа около 432 милиарда изчислителни елемента, представящи газ и тъмна материя.
Бъдещи изследвания ще използват Lumina, за да проследят движението на газа между галактиките и развитието на областите с интензивно звездообразуване. Проектът ще подпомогне и проучванията на връзката между ранните космически структури и наблюдаваните характеристики на реликтовото излъчване, останало от ранната Вселена.
Космическа карта, показваща разпределението на тъмната материя, симулирано от Lumina. Снимка Popular Science
