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.