В последние годы команда Центра астрофизики Гарвардского университета и Смитсоновского института представила симуляцию Lumina, которая является крупнейшей и наиболее детализированной моделью ранней Вселенной. Исследование было опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Модель Lumina отслеживает движение трех ключевых компонентов космоса: обычного вещества, темной материи и света. Эти элементы играли важную роль в формировании космоса в его младенчестве, и симуляция показывает, как из них возникали первые галактики, а затем как эти галактики изменяли газовые пространства между собой.
Симуляция охватывает объем куба со стороной около 1,5 миллиарда световых лет, что сопоставимо с тем пространством, которое уже исследуют самые мощные телескопы. По своим размерам она более чем в сто раз превосходит предыдущие модели аналогичного класса. Важно отметить, что в данный расчет впервые включена эпоха повторной ионизации гелия — период, когда излучение молодых галактик и квазаров воздействовало на атомы этого газа, изменяя межгалактическую среду.
Основной целью симуляции является сопоставление ее результатов с изображениями, полученными телескопом «Джеймс Уэбб». Наблюдения этого телескопа вызывали у астрономов вопросы о том, как первые галактики успели так быстро развиться. Сравнивая полученные кадры с предсказаниями симуляции, исследователи смогут выяснить, насколько точна текущая теория о структуре космоса или же настало время ее пересмотреть. «После многих лет работы, полных взлетов и падений, невероятно приятно видеть, как наши расчеты оживают на экране», — отметил ведущий автор работы Оливер Зир из Центра астрофизики.
Для вычислений использовался суперкомпьютер Frontier, один из самых быстрых в мире, расположенный в Ок-Риджской национальной лаборатории в Теннесси. В процессе работы на устройстве задействовалось более 15 тысяч графических процессоров.
«Впервые мы можем проследить, как водород и гелий принимали современный облик на гигантском объеме Вселенной и при этом различать отдельные галактики, которые инициировали эту перестройку», — пояснил соавтор работы, физик из Техасского университета в Далласе Аарон Смит.
Симуляция Lumina послужит важным инструментом для проверки различных теорий о том, как газ перемещается между галактиками и как развивались первые очаги бурного звездообразования. Наша галактика Млечный Путь является частью той же космической паутины — сети нитей из темной материи и газа, которую модель теперь воспроизводит с высокой детализацией.
Ранее астрономы также объяснили, почему Млечный Путь стал самым безопасным «домом» для жизни.
