Астрофизики создали одну из крупнейших компьютерных моделей ранней Вселенной — Lumina. Она воспроизводит первые два миллиарда лет космической истории и позволяет проследить, как взаимодействие обычного вещества, темной материи и излучения привело к формированию галактик.
Исследование опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Проект разработала международная команда с участием Центра астрофизики Гарвардского университета и Смитсоновского института. Для расчетов использовали более 15 тысяч графических процессоров суперкомпьютера Frontier в Ок-Риджской национальной лаборатории США.
Срез Вселенной в возрасте в 1,5 миллиарда лет шириной примерно в 2 мегапарсека (около 6,52 миллиона световых лет)
Моделирование заняло почти год вычислительного времени. Объем Lumina более чем в сто раз превышает показатели предыдущих сопоставимых моделей.
Особое внимание ученые уделили реионизации — процессу, во время которого излучение первых звезд и активных галактических ядер выбивало электроны из атомов межгалактического газа. Это меняло его температуру и движение, влияя на дальнейшее образование галактик.
Модель одновременно отслеживает изменения водорода и гелия. Согласно расчетам, основным источником ионизации водорода были звезды, тогда как ключевую роль в последующей ионизации гелия играли активные ядра галактик.
Зачатки звездообразования при красном смещении z = 7, то есть примерно в то время, когда Вселенной было 700 миллионов лет. Желтые области — это пузыри горячего газа вокруг галактик, темные пятна отражают холодные области
Lumina позволяет изучать не только отдельные процессы, но и формирование крупномасштабной структуры космоса — скоплений вещества, соединенных протяженными нитями и разделенных огромными пустотами.
Авторы рассчитывают сопоставлять предсказания модели с наблюдениями телескопа «Джеймс Уэбб» и других обсерваторий. Это поможет проверить существующие теории и уточнить представления о том, как возникли первые галактики и менялась ранняя Вселенная.
