O simulare computerizată arată cum a evoluat Universul în primele 2 miliarde de ani după Big Bang

Cercetătorii de la Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian au realizat una dintre cele mai ample simulări ale Universului timpuriu. Numită Lumina, aceasta modelează evoluția cosmosului în primele 2 miliarde de ani după Big Bang și îi poate ajuta pe astronomi să interpreteze observațiile făcute cu Telescopul Spațial James Webb și cu viitorul Telescop Spațial Nancy Grace Roman.

Simularea urmărește interacțiunile dintre materia obișnuită, materia întunecată și radiație, pentru a explica modul în care s-au format primele galaxii și găuri negre. Studiul a fost publicat în revista științifică Monthly Notices of the Royal Astronomical Society și oferă cercetătorilor un instrument pentru a compara predicțiile modelelor teoretice cu datele obținute prin observații astronomice.

Cum a fost modelată evoluția Universului timpuriu

Astronomii folosesc simulări computerizate pentru a testa teoriile despre formarea stelelor, galaxiilor și a altor structuri cosmice. Aceste modele calculează modul în care materia și energia au evoluat în anumite condiții, iar rezultatele pot fi comparate cu ceea ce observă telescoapele. Atunci când predicțiile nu corespund observațiilor, diferențele pot indica procese fizice care nu sunt încă pe deplin înțelese.

Lumina a fost concepută pentru a-i ajuta pe cercetători să interpreteze datele furnizate de Telescopul Spațial James Webb (JWST) și de Telescopul Spațial Nancy Grace Roman. James Webb observă galaxii foarte îndepărtate, a căror lumină a călătorit miliarde de ani înainte să ajungă la noi. Studierea lor le oferă astronomilor informații despre etapele timpurii ale evoluției cosmice.

„Cu JWST, Universul timpuriu a devenit o nouă frontieră captivantă în astrofizică”, a declarat Oliver Zier, autorul principal al studiului și cercetător la Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. Acesta a explicat că interpretarea observațiilor necesită predicții detaliate, care să permită compararea teoriilor cu fenomenele observate.

O simulare care acoperă un volum uriaș de spațiu

Potrivit echipei, Lumina este cea mai mare simulare cosmologică de hidrodinamică a radiației realizată până acum. Modelul calculează felul în care gazul, materia întunecată și radiația au interacționat în perioada în care Universul a trecut prin transformări importante.

Volumul simulat este de peste 100 de ori mai mare decât cel acoperit de proiectele comparabile anterioare. Regiunea modelată are forma unui cub cu latura de aproximativ 1,5 miliarde de ani-lumină. Dimensiunile îi permit echipei să studieze atât structurile cosmice la scară mare, cât și procesele care au loc în galaxii individuale.

Vezi și:

Particula-fantomă de la începutul timpului care ar putea explica de ce existăm. Descoperirea care schimbă povestea nașterii Universului

Misterul ascuns de 137 de ani în „Noaptea înstelată” a lui Van Gogh. Astronomii cred că au descoperit data exactă care a inspirat capodopera

Un element important al proiectului este simularea reionizării heliului. În timpul acestui proces, radiația îndepărtează electronii din atomii de heliu, modificând starea gazului din spațiu. Lumina urmărește această transformare în paralel cu evoluția galaxiilor și a surselor de radiație care au contribuit la producerea ei.

Aaron Smith, profesor asistent de fizică la Universitatea din Texas, Dallas și unul dintre autorii studiului, a explicat că simularea le permite cercetătorilor să urmărească transformările hidrogenului și heliului într-o regiune foarte întinsă a Universului, păstrând în același timp detaliile necesare pentru studierea galaxiilor și a altor obiecte luminoase.

Supercomputerul care a făcut posibilă simularea

Pentru realizarea proiectului, echipa a folosit peste 15.000 de procesoare grafice pe Frontier, unul dintre cele mai rapide supercomputere din lume. Acesta se află la Oak Ridge National Laboratory, în statul american Tennessee.

Puterea de calcul a permis simularea unui volum cosmic foarte mare, fără ca cercetătorii să renunțe la detaliile necesare pentru analiza galaxiilor și a altor structuri. Astfel, modelul poate urmări evoluția Universului la scară largă și, în același timp, procesele care au contribuit la formarea stelelor, galaxiilor și găurilor negre.

Simularea ia în calcul și efectele radiației asupra gazului din jurul galaxiilor. Aceste interacțiuni sunt importante pentru înțelegerea condițiilor în care s-au format primele structuri luminoase și a schimbărilor prin care a trecut mediul cosmic în primele miliarde de ani.

Ce vor putea afla astronomii cu ajutorul Lumina

Cercetătorii intenționează să folosească modelul pentru a studia deplasarea gazului între galaxii, efectele radiației din Universul timpuriu și apariția regiunilor în care stelele s-au format într-un ritm accelerat.

Predicțiile simulării vor putea fi comparate cu observațiile realizate de James Webb și cu datele pe care le va furniza Telescopul Spațial Nancy Grace Roman. Dacă rezultatele modelului diferă de observațiile astronomice, aceste neconcordanțe ar putea indica limite ale teoriilor actuale sau procese fizice care necesită investigații suplimentare.

Recunoașterea indicatoarelor afișează limite greșite: cameră, hartă sau semnalizare temporară