Наука

Ученые воссоздали первые два миллиарда лет истории Вселенной

MNRAS: модель Lumina проследила рождение галактик и реионизацию газа
1200 800 600 400 600 600 200 200 895 505

Астрофизики создали масштабную компьютерную модель Lumina, которая воспроизводит первые два миллиарда лет эволюции Вселенной. Она позволяет проследить, как взаимодействие газа, темной материи и излучения приводило к появлению галактик и меняло межгалактическую среду. Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Проект разработала международная команда с участием Центра астрофизики Гарвардского университета и Смитсоновского института. Ученые стремились совместить два требования: охватить огромную область космоса и сохранить детализацию, необходимую для изучения формирования галактик.

Объем Lumina более чем в сто раз превышает объем прежних сопоставимых моделей. Для расчетов использовали свыше 15 тыс. графических процессоров суперкомпьютера Frontier в Ок-Риджской национальной лаборатории США. Модель включает сотни миллиардов расчетных элементов, описывающих обычное вещество и темную материю.

Особое внимание авторы уделили реионизации — процессу, при котором излучение выбивает электроны из атомов межгалактического газа. Свет первых звезд и активных ядер галактик меняет состояние этого газа, а нагрев, в свою очередь, влияет на его движение и дальнейшее образование галактик. Поэтому важно рассчитывать оба процесса совместно.

Lumina одновременно отслеживает преобразования водорода и гелия. Согласно результатам модели, реионизацию водорода в основном обеспечивали звезды, а для последующей ионизации гелия ключевую роль играли активные галактические ядра. Некоторые рассчитанные характеристики межгалактической среды хорошо согласуются с наблюдениями.

Разработка нужна для проверки того, насколько существующие представления о раннем космосе объясняют реальные данные. Предсказания модели можно сопоставлять с результатами наблюдений телескопа «Джеймс Уэбб» и других обсерваторий, в том числе при изучении редких ярких объектов.

Авторы подчеркивают, что симуляция служит инструментом исследования. Расхождения с наблюдениями помогут уточнять описание образования галактик, распространения излучения и движения газа.

Ранее «Хаббл» лишил сверхновые звезды главной роли в истории ранней Вселенной.