Симуляция Lumina показала, как Вселенная вышла из тёмных веков
Физики из MIT, Гарварда и других организаций создали компьютерную симуляцию Lumina, которая воспроизводит эволюцию ранней Вселенной на протяжении 2 миллиардов лет
Тёмными веками называют эпоху, которая началась примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва: Вселенную заполнил нейтральный водород, который поглощал свет и не давал излучению свободно распространяться. Lumina начинает расчёт с момента около 45 миллионов лет после Большого взрыва и охватывает область шириной 1,6 миллиарда световых лет — по объёму в 100 раз больше, чем в лучших прежних симуляциях. Она прослеживает эволюцию тёмной материи, газа, звёзд и излучения — от всей этой области до отдельной формирующейся галактики.
Симуляция детально показала два ключевых перехода — реионизацию водорода и гелия, когда излучение отрывало от атомов электроны. После реионизации водорода свет смог свободно проходить сквозь Вселенную. По расчётам, водород ионизировало ультрафиолетовое излучение ранних звёзд и галактик, а гелий — излучение гораздо более высокой энергии от сверхмассивных чёрных дыр, активно поглощавших вещество. Lumina стала первой симуляцией, которая воспроизвела оба процесса.
Lumina считали на Frontier — одном из самых мощных суперкомпьютеров мира, который работает в Национальной лаборатории Ок-Ридж в США. На пике в расчётах участвовал эквивалент 100 с лишним тысяч процессорных ядер и около 15 тысяч графических процессоров. Симуляция состоит из полутриллиона элементов — частиц тёмной материи и ячеек газа, а её разрешение примерно в 30 раз выше, чем у предыдущей модели IllustrisTNG, на основе которой она построена.
Авторы открывают Lumina для других учёных, а сами планируют с её помощью составить карту крупномасштабной структуры ранней Вселенной и предсказать гравитационные волны, источниками которых могли быть первые галактики и чёрные дыры. Результаты симуляции сравнят с данными новых телескопов: Lumina создаёт огромное число модельных галактик, и их можно сопоставить с большими выборками будущих обзоров неба.
Ранее по теме: Симуляции MEGATRON показали, как первые звёзды изменили Вселенную
Источник: MIT News
