Невероятная симуляция открыла самые ранние моменты нашей Вселенной такими, какими их ещё никогда не видели.
Этот революционный проект под названием «Lumina» точно воспроизводит то, что происходило в первые два миллиарда лет нашей истории после Большого взрыва.
Lumina прослеживает ошеломляюще сложные взаимодействия между материей, тёмной материей и излучением, показывая, как формировались самые первые галактики и как они формировали окружающую их Вселенную.
Теперь потрясающие изображения и видео показали, как это выглядело, с беспрецедентным уровнем детализации.
Визуализации, изображающие самые ранние моменты Вселенной, показывают, как тонкие нити тёмной материи сплетались с быстро движущимся газом, создавая первые структуры в космосе.
Учёные могут даже использовать Lumina, чтобы проследить процессы, с помощью которых газы, такие как гелий, превращались в состояния, которые мы наблюдаем сегодня.
Доктор Аарон Смит, физик из Техасского университета в Далласе и соавтор статьи о Lumina, говорит: «Мы чувствуем себя невероятно удачливыми, что создаём такие симуляции, как Lumina.
«Впервые мы можем наблюдать, как и водород, и гелий менялись в их современную форму на таком огромном объёме Вселенной, при этом всё ещё различая галактики и другие светящиеся объекты, движущие это превращение».
Это первая симуляция, показывающая процесс реионизации гелия — здесь газ превращается в свою современную форму во Вселенной (голубые области).
Созданная учёными из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, Lumina — это то, что учёные называют «космологической радиационно-гидродинамической симуляцией».
Это означает, что она берёт все лучшие наши теории о том, как взаимодействуют базовые строительные блоки Вселенной, и предсказывает, как они развивались бы со временем.
Однако особенность Lumina в том, что это крупнейшая симуляция такого рода из когда-либо созданных.
Lumina моделирует куб пространства размером около 1,5 миллиарда световых лет с каждой стороны — примерно эквивалентно масштабу, который астрономы могут наблюдать с помощью самых мощных современных телескопов.
Это также в 100 раз больший объём, чем моделировался предыдущими лучшими симуляциями подобного рода.
Важно и то, что это первая симуляция, позволяющая учёным изучать явление, называемое реионизацией гелия.
Ранняя Вселенная была горячим супом из частиц и излучения, оставшихся от Большого взрыва.
По мере её остывания электроны соединялись с атомными ядрами, образуя электрически нейтральные атомы.
Однако спустя сотни миллионов лет начали формироваться первые звёзды и галактики, производя огромные объёмы ультрафиолетового света, достаточно сильного, чтобы отрывать электроны от атомов и создавать заряженные ионы гелия и водорода.
По мере распространения излучения от звёзд и чёрных дыр, растущих в центрах галактик, области ионизированного гелия росли и сливались, как пузыри, собирающиеся вместе.
Используя Lumina, учёные могут наконец изучить этот процесс по мере его протекания и сразу увидеть, как он влияет на эволюционирующую Вселенную в рамках модели.
Для создания Lumina потребовалось более 15 000 графических процессоров, работающих на Frontier — одном из самых быстрых суперкомпьютеров мира, расположенном в Национальной лаборатории Оук-Ридж в Теннесси.
Такая огромная вычислительная мощность потребовалась, чтобы смоделировать столь масштабный объём Вселенной, сохраняя при этом уровень детализации, необходимый для изучения формирования звёзд, галактик и чёрных дыр.
Эта детализация критична, потому что модели, подобные Lumina, теперь являются ключевой частью того, как учёные проверяют свои теории о Вселенной.
Ведущий автор доктор Оливер Зир из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики говорит: «С космическим телескопом Джеймса Уэбба (JWST) ранняя Вселенная стала захватывающим новым рубежом астрофизики.
«Чтобы понять то, что мы видим этим телескопом, нам нужно перевести наши теории в подробные предсказания».
Модели позволяют учёным увидеть, какой должна быть Вселенная согласно нашим текущим лучшим теориям.
Если наблюдения JWST или космического телескопа Нэнси Грейс Роман совпадут с тем, что предсказывает симуляция, это даёт учёным уверенность, что они на правильном пути.
Точно так же, если наблюдения не совпадают с моделью, это может быть признаком того, что учёным нужно пересмотреть некоторые из своих предположений о Вселенной.
Теория Большого взрыва описывает начало и эволюцию Вселенной
Теория Большого взрыва — это космологическая модель, теория, используемая для описания начала и эволюции нашей Вселенной.
Она утверждает, что Вселенная находилась в очень горячем и плотном состоянии, прежде чем начала расширяться 13,7 миллиарда лет назад.
Эта теория основана на фундаментальных наблюдениях.
В 1920 году Хаббл наблюдал, что расстояние между галактиками увеличивается повсюду во Вселенной.
Это означает, что в прошлом галактики должны были находиться ближе друг к другу.
В 1964 году Уилсон и Пензиас обнаружили космическое фоновое излучение — своего рода ископаемое излучение, испущенное в начале существования Вселенной, когда она была горячей и плотной.
Космическое фоновое излучение наблюдаемо повсюду во Вселенной.
Состав Вселенной — то есть количество атомов различных элементов — согласуется с теорией Большого взрыва.
На сегодняшний день эта теория — единственная, способная объяснить, почему мы наблюдаем изобилие первичных элементов во Вселенной.
Источники: Гарвард-Смитсоновский центр астрофизики, Техасский университет в Далласе, Национальная лаборатория Оук-Ридж
Ваш комментарий