Simularea Lumina reconstituie primii 2 miliarde de ani ai universului la o scară record
Cercetătorii de la Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian au dezvoltat „Lumina”, una dintre cele mai mari și mai detaliate simulări ale universului timpuriu create vreodată. Modelul, publicat în Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, reproduce modul în care materia obișnuită, materia întunecată și radiația au interacționat în primii 2 miliarde de ani de la Big Bang, oferind astronomilor un instrument nou pentru a testa teoriile despre evoluția cosmosului.
Prin compararea observațiilor realizate cu telescopul spațial James Webb, cu viitorul telescop Nancy Roman și cu alte instalații cu predicțiile Lumina, astronomii pot stabili dacă înțelegerea actuală a legilor care guvernează universul rămâne corectă sau dacă noile descoperiri impun reconsiderarea unor teorii existente.
O simulare fără precedent a reionizării
Lumina este cea mai mare simulare cosmologică de radiație-hidrodinamică realizată până acum, un tip de model care urmărește felul în care gazele, materia întunecată și lumina interacționează pentru a forma stele și galaxii. Simularea acoperă un volum de spațiu de peste 100 de ori mai mare decât cel modelat de simulări comparabile anterioare și este prima care surprinde reionizarea heliului așa cum s-a produs, permițând totodată ca efectele acesteia să influențeze imediat universul în evoluție din interiorul modelului.
Regiunea modelată este echivalentă cu un cub cu latura de aproximativ 1,5 miliarde de ani-lumină, comparabilă cu scara pe care astronomii o pot observa cu cele mai puternice telescoape actuale. Structura cosmică simulată de Lumina arată unde heliul a trecut în forma sa modernă în universul timpuriu, iar filamentarea fină a rețelei cosmice evidențiază zonele în care gazul se deplasează cel mai rapid între roiurile de galaxii.
Resurse de calcul de excepție
Crearea Lumina a necesitat peste 15.000 de unități de procesare grafică ce au rulat pe Frontier, unul dintre cele mai rapide supercalculatoare din lume, aflat la Oak Ridge National Laboratory, în Tennessee. Puterea de calcul le-a permis cercetătorilor să modeleze un volum fără precedent din universul timpuriu, păstrând în același timp nivelul de detaliu necesar pentru studierea formării galaxiilor, stelelor și găurilor negre.
Echipa a conceput Lumina ca pe o platformă pentru testarea de noi ipoteze despre formarea și evoluția universului. Studiile viitoare vor folosi simularea pentru a investiga modul în care gazele circulă între galaxii, cum radiația provenită de la Big Bang a modelat evoluția cosmică și cum s-au dezvoltat în timp regiunile de formare intensă a stelelor.
Un punct de referință pentru astrofizica universului timpuriu
Autorul principal al studiului, Oliver Zier, cercetător la Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, a declarat că, odată cu telescopul James Webb, universul timpuriu a devenit o nouă frontieră captivantă a astrofizicii. El a explicat că, pentru a înțelege ceea ce se vede cu acest telescop, teoriile trebuie transformate în predicții detaliate, iar după câțiva ani de muncă, cu suișuri și coborâșuri, este extrem de satisfăcător să vadă rezultatele simulării și să urmărească predicțiile prinzând viață.
Aaron Smith, profesor asistent de fizică la University of Texas at Dallas și coautor al lucrării, a subliniat că echipa se consideră norocoasă să construiască simulări precum Lumina, care permit pentru prima dată urmărirea transformării hidrogenului și heliului în forma lor modernă pe un volum atât de vast al universului, păstrând totodată rezoluția necesară pentru galaxiile și obiectele luminoase care au determinat această transformare.
