Ученые воссоздали первые два миллиарда лет жизни Вселенной
Фото: pixabay
Результаты исследования опубликованы в научном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Как ученые смоделировали раннюю Вселенную
Международная команда исследователей из Массачусетского технологического института (MIT), Гарвардского университета и других научных организаций создала научный проект Lumina – одну из крупнейших космологических симуляций. Модель воспроизводит взаимодействие обычной материи, темной материи и излучения на ранних этапах существования Вселенной.
Симуляция охватывает область космоса протяженностью около 1,6 млрд световых лет и позволяет изучать процессы на разных масштабах: от крупных космических структур до отдельных формирующихся галактик.
По данным исследователей, объем пространства, охваченного Lumina, более чем в 100 раз превышает объем сопоставимых предыдущих симуляций. При этом модель учитывает около 500 млрд расчетных элементов, включая частицы темной материи и ячейки газа.
Как Вселенная вышла из космической тьмы
Одной из главных задач проекта стало моделирование двух важных этапов космической истории – реионизации водорода и гелия.
"После Большого взрыва Вселенная была чрезвычайно горячей. По мере ее расширения и охлаждения образовался нейтральный водород. Он поглощал излучение, затрудняя свободное распространение света. Примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва началась эпоха, которую астрономы называют космическими "темными веками", – говорится в информации.
Позднее появились первые звезды и галактики. Их излучение постепенно изменило свойства окружающего газа.
В ходе реионизации ультрафиолетовое излучение от первых звезд и галактик выбивало электроны из атомов водорода. В результате свет смог свободнее распространяться по космосу.
Реионизация гелия происходила под воздействием более энергичного излучения. Согласно модели Lumina, важную роль в этом процессе сыграли сверхмассивные черные дыры, активно поглощавшие окружающее вещество.
Исследователи отмечают, что модель позволяет впервые в рамках одной столь масштабной симуляции проследить процессы реионизации и водорода, и гелия, одновременно учитывая влияние этих изменений на дальнейшую эволюцию Вселенной.
Для чего понадобился суперкомпьютер
Создание Lumina потребовало огромных вычислительных ресурсов. Расчеты выполняли на суперкомпьютере Frontier, расположенном в Национальной лаборатории Ок-Ридж в американском штате Теннесси.
На пике вычислений использовались мощности, эквивалентные более чем 100 тысячам процессорных ядер и примерно 15 тысячам графических процессоров.
Благодаря этому ученые смогли одновременно моделировать движение газа и темной материи, формирование звезд и галактик, а также распространение излучения на огромных расстояниях.
Как симуляция поможет изучать космос
Разработчики рассчитывают использовать данный проект для проверки теоретических моделей с помощью данных космического телескопа "Джеймс Уэбб" и будущих наблюдений других обсерваторий, в том числе космического телескопа Нэнси Грейс Роман.
"Сопоставление реальных наблюдений с компьютерными расчетами поможет выяснить, насколько существующие представления о ранней Вселенной соответствуют действительности. Если данные не совпадут с прогнозами, это может указать на процессы, которые ученым еще предстоит объяснить", – заключили исследователи.
В дальнейшем исследователи планируют изучать с помощью Lumina перемещение газа между галактиками, развитие областей интенсивного звездообразования и возможные гравитационно-волновые сигналы, связанные с ранними галактиками и черными дырами.
Ранее ученые рассказали, Землю ждет новая волна геомагнитных возмущений, опубликовав прогноз.
