Noua simulare a MIT dezvăluie o perspectivă inedită asupra nașterii universului

ACTUALITATE

Big Bang-ul a dezlănțuit nașterea universului, cu energie și materie într-o clipă, apoi l-a aruncat omnidirecțional cu viteza luminii, pe măsură ce temperaturile din întregul cosmos în creștere au depășit o mie de trilioane de grade Celsius în primele câteva nanosecunde ale existenței timpului.

Următoarele două sute de milioane de ani, timp în care universul s-a răcit până la punctul în care particulele dincolo de quarci și fotoni ar putea exista – când au apărut atomii reali precum hidrogenul și heliul – sunt cunoscuți ca evul întunecat, din cauza stelelor care nu există încă pentru a oferi lumină.

În cele din urmă, totuși, norii mari de gaze s-au comprimat suficient pentru a se aprinde, aducând iluminarea unui cosmos anterior întunecat și conducând procesul de reionizare cosmică, motiv pentru care universul nu este doar o grămadă întreagă de atomi de hidrogen și heliu. Procesul real al modului în care lumina acelor noi stele a interacționat cu norii de gaz din jur pentru a crea plasma ionizată care a generat elemente mai grele nu este pe deplin înțeles, dar o echipă de cercetători de la MIT tocmai a anunțat că modelul lor matematic al acestei epoci turbulente este cel mai mare și cel mai detaliat conceput până în prezent.

Simularea Thesan simulează perioada de reionizare cosmică, analizând interacțiunile dintre gaze, gravitație și radiații într-un spațiu de o sută de milioane de ani lumină cubi. Cercetătorii pot parcurge o cronologie sintetică care se extinde de la 400.000 de ani la un miliard de ani după Big Bang, pentru a vedea modul în care modificarea diferitelor variabile din cadrul modelului afectează rezultatele generate.

Apariția universului, mai aproape de adevăr

„Thesan acționează ca o punte către universul timpuriu”, a declarat Aaron Smith, membru al NASA în cadrul MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. „Este destinat să servească drept omologul ideal de simulare pentru viitoarele instalații de observare, care sunt gata să ne modifice în mod fundamental înțelegerea cosmosului”.

Acest proiect se mândrește cu detalii mai mari la un volum mai mare decât orice simulare anterioară, datorită unui nou algoritm care urmărește interacțiunea luminii cu gazul, care se potrivește cu formarea galaxiilor separate și modelele de comportament al prafului cosmic.

„Thesan urmărește modul în care lumina din aceste prime galaxii interacționează cu gazul în primul miliard de ani și transformă universul din neutru în ionizat”, a spus Rahul Kannan de la Centrul Harvard-Smithsonian pentru Astrofizică, care a colaborat cu MIT și Institutul Max Planck pentru Astrofizică pe acest proiect. „În acest fel, urmărim automat procesul de reionizare, pe măsură ce se desfășoară”.

Alimentarea acestei simulări este supercomputerul SuperMUC-NG din Garching, Germania. Cele 60.000 de nuclee de calcul ale sale rulează echivalentul a 30 de milioane de ore CPU în parallel, pentru a reduce numărul necesar pentru Thesan. Echipa a văzut deja rezultate surprinzătoare în urma experimentului.

„Thesan a descoperit că lumina nu călătorește pe distanțe mari la începutul universului”, a spus Kannan. „De fapt, această distanță este foarte mică și devine mare abia la sfârșitul reionizării, crescând cu un factor de 10 în doar câteva sute de milioane de ani”.

Adică, lumina de la sfârșitul perioadei de reionizare a călătorit mai departe decât și-au imaginat cercetătorii anterior. Ei au observat, de asemenea, că tipul și masa unei galaxii pot influența procesul de reionizare, deși echipa Thesan s-a grăbit să sublinieze că va fi necesară coroborarea observațiilor din lumea reală, înainte ca această ipoteză să fie confirmată.