Это потрясающее видео демонстрирует самую большую и самую подробную симуляцию ранней Вселенной на сегодняшний день.

Небольшой клип для моделирования Thesan. Смотрите видео в статье ниже.

Моделирование первого миллиарда лет Тесана, названное в честь богини утренней зари, помогает объяснить, как радиация сформировала раннюю Вселенную.

Все началось около 13,8 миллиардов лет назад с великого космического «взрыва», который внезапно и удивительным образом создал Вселенную. Вскоре младенческая Вселенная резко остыла и стала совершенно темной.

Затем, в течение нескольких сотен миллионов лет после[{» attribute=»»>Big Bang, the universe woke up, as gravity gathered matter into the first stars and galaxies. Light from these first stars turned the surrounding gas into a hot, ionized plasma — a crucial transformation known as cosmic reionization that propelled the universe into the complex structure that we see today.

Now, scientists can get a detailed view of how the universe may have unfolded during this pivotal period with a new simulation, known as Thesan, developed by scientists at MIT, Harvard University, and the Max Planck Institute for Astrophysics.

Named after the Etruscan goddess of the dawn, Thesan is designed to simulate the “cosmic dawn,” and specifically cosmic reionization, a period which has been challenging to reconstruct, as it involves immensely complicated, chaotic interactions, including those between gravity, gas, and radiation.

The Thesan simulation resolves these interactions with the highest detail and over the largest volume of any previous simulation. It does so by combining a realistic model of galaxy formation with a new algorithm that tracks how light interacts with gas, along with a model for cosmic dust.

Thesan Early Universe Simulation

Evolution of simulated properties in the main Thesan run. Time progresses from left to right. The dark matter (top panel) collapse in the cosmic web structure, composed of clumps (haloes) connected by filaments, and the gas (second panel from the top) follows, collapsing to create galaxies. These produce ionizing photons that drive cosmic reionization (third panel from the top), heating up the gas in the process (bottom panel). Credit: Courtesy of THESAN Simulations

With Thesan, the researchers can simulate a cubic volume of the universe spanning 300 million light years across. They run the simulation forward in time to track the first appearance and evolution of hundreds of thousands of galaxies within this space, beginning around 400,000 years after the Big Bang, and through the first billion years.

READ  Гигантское облако обломков, замеченное телескопом НАСА после столкновения небесных тел

So far, the simulations align with what few observations astronomers have of the early universe. As more observations are made of this period, for instance with the newly launched James Webb Space Telescope, Thesan may help to place such observations in cosmic context.

For now, the simulations are starting to shed light on certain processes, such as how far light can travel in the early universe, and which galaxies were responsible for reionization.

“Thesan acts as a bridge to the early universe,” says Aaron Smith, a NASA Einstein Fellow in MIT’s Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. “It is intended to serve as an ideal simulation counterpart for upcoming observational facilities, which are poised to fundamentally alter our understanding of the cosmos.”

Smith and Mark Vogelsberger, associate professor of physics at MIT, Rahul Kannan of the Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, and Enrico Garaldi at Max Planck have introduced the Thesan simulation through three papers, the third published on March 24, 2022, in the Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Follow the light

In the earliest stages of cosmic reionization, the universe was a dark and homogenous space. For physicists, the cosmic evolution during these early “dark ages” is relatively simple to calculate.

“In principle you could work this out with pen and paper,” Smith says. “But at some point gravity starts to pull and collapse matter together, at first slowly, but then so quickly that calculations become too complicated, and we have to do a full simulation.”

To fully simulate cosmic reionization, the team sought to include as many major ingredients of the early universe as possible. They started off with a successful model of galaxy formation that their groups previously developed, called Illustris-TNG, which has been shown to accurately simulate the properties and populations of evolving galaxies. They then developed a new code to incorporate how the light from galaxies and stars interact with and reionize the surrounding gas — an extremely complex process that other simulations have not been able to accurately reproduce at large scale.

READ  Огромный астероид 7335 (1989 JA) пролетает рядом с Землей 27 мая.

“Thesan follows how the light from these first galaxies interacts with the gas over the first billion years and transforms the universe from neutral to ionized,” Kannan says. “This way, we automatically follow the reionization process as it unfolds.”

Finally, the team included a preliminary model of cosmic dust — another feature that is unique to such simulations of the early universe. This early model aims to describe how tiny grains of material influence the formation of galaxies in the early, sparse universe.


Это моделирование выделения газа и излучения показывает вариант нейтрального газообразного водорода. Цвета представляют интенсивность и яркость, показывая неполную структуру реионизации в сети высокоплотных нитей нейтрального газа.

космический мост

Имея компоненты моделирования, команда определила начальные условия примерно через 400 000 лет после Большого взрыва, основываясь на точных измерениях остаточного света Большого взрыва. Затем они перенесли эти условия во времени, чтобы смоделировать полосу Вселенной, используя машину SuperMUC-NG — один из крупнейших в мире суперкомпьютеров, — который одновременно использовал 60 000 компьютерных ядер для выполнения тесанских вычислений на эквиваленте 30 миллионов процессоров. в час (для работы на одном рабочем столе потребовалось бы 3500 лет).

Моделирование дало самое подробное представление о космической реионизации в самом большом объеме пространства из всех существующих симуляций. Хотя некоторые симуляции выполняются на больших расстояниях, они делают это с относительно низким разрешением, в то время как другие, более подробные симуляции не охватывают большие размеры.

«Мы идем между этими двумя подходами: у нас большой объем и высокая точность», — подчеркивает Фогельсбергер.

Ранний анализ моделирования показывает, что в конце космической реионизации расстояние, на котором свет может путешествовать, увеличилось значительно больше, чем предполагали ученые ранее.

READ  Ракета Live Moon разбилась — космический мусор «врезался в Луну» на скорости 5800 миль в час, Китай отрицает ответственность после того, как обвинил SpaceX в «ошибке»

«Тесан обнаружил, что в ранней Вселенной свет не распространяется на большие расстояния, — говорит Кэнан. «На самом деле это расстояние очень мало, и оно становится большим только в конце реионизации, увеличившись в 10 раз всего за несколько сотен миллионов лет».

Исследователи также видят подсказки о типе галактик, ответственных за реионизацию. Масса галактики, по-видимому, влияет на реионизацию, хотя команда говорит, что дополнительные наблюдения, проведенные Джеймсом Уэббом и другими обсерваториями, помогут идентифицировать эти доминирующие галактики.

«В машине много движущихся частей. [modeling cosmic reionization]», — заключает Фогельсбергер. — Когда мы можем собрать все это вместе в какой-то машине и запустить ее, в результате чего получится динамичная вселенная, это для всех нас будет очень полезным моментом».

Ссылка: «Этот проект: излучение и перенос Лаймана-А в эпоху реионизации» А. Смита, Р. Каннана, Э. Гаральди, М. Фогельсбергера, Р. Бакмора, Спринкл и Л. Хернквист, 24 марта 2022 г. Доступно здесь. Ежемесячные уведомления Королевского астрономического общества.
DOI: 10.1093/mnras/stac713

Это исследование было частично поддержано НАСА, Национальным научным фондом и Центром суперкомпьютеров Гаусса.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.