Ученые воссоздали первые два миллиарда лет жизни Вселенной

Результаты исследования опубликованы в научном журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Как ученые смоделировали раннюю Вселенную Международная команда исследователей из Массачусетского технологического института (MIT), Гарвардского университета и других научных организаций создала научный проект Lumina – одну из крупнейших космологических симуляций. Модель воспроизводит взаимодействие обычной материи, темной материи и излучения на ранних этапах существования Вселенной. Симуляция охватывает область космоса протяженностью около 1,6 млрд световых лет и позволяет изучать процессы на разных масштабах: от крупных космических структур до отдельных формирующихся галактик. По данным исследователей, объем пространства, охваченного Lumina, более чем в 100 раз превышает объем сопоставимых предыдущих симуляций. При этом модель учитывает около 500 млрд расчетных элементов, включая частицы темной материи и ячейки газа. Как Вселенная вышла из космической тьмы Одной из главных задач проекта стало моделирование двух важных этапов космической истории – реионизации водорода и гелия.

Позднее появились первые звезды и галактики. Их излучение постепенно изменило свойства окружающего газа. В ходе реионизации ультрафиолетовое излучение от первых звезд и галактик выбивало электроны из атомов водорода. В результате свет смог свободнее распространяться по космосу. Реионизация гелия происходила под воздействием более энергичного излучения. Согласно модели Lumina, важную роль в этом процессе сыграли сверхмассивные черные дыры, активно поглощавшие окружающее вещество. Исследователи отмечают, что модель позволяет впервые в рамках одной столь масштабной симуляции проследить процессы реионизации и водорода, и гелия, одновременно учитывая влияние этих изменений на дальнейшую эволюцию Вселенной. Для чего понадобился суперкомпьютер Создание Lumina потребовало огромных вычислительных ресурсов. Расчеты выполняли на суперкомпьютере Frontier, расположенном в Национальной лаборатории Ок-Ридж в американском штате Теннесси. На пике вычислений использовались мощности, эквивалентные более чем 100 тысячам процессорных ядер и примерно 15 тысячам графических процессоров. Благодаря этому ученые смогли одновременно моделировать движение газа и темной материи, формирование звезд и галактик, а также распространение излучения на огромных расстояниях. Как симуляция поможет изучать космос Разработчики рассчитывают использовать данный проект для проверки теоретических моделей с помощью данных космического телескопа "Джеймс Уэбб" и будущих наблюдений других обсерваторий, в том числе космического телескопа Нэнси Грейс Роман.

В дальнейшем исследователи планируют изучать с помощью Lumina перемещение газа между галактиками, развитие областей интенсивного звездообразования и возможные гравитационно-волновые сигналы, связанные с ранними галактиками и черными дырами. Ранее ученые рассказали, Землю ждет новая волна геомагнитных возмущений, опубликовав прогноз.