Коротко:
- Lumina воспроизводит первые 2 млрд лет истории Вселенной;
- объем модели более чем в 100 раз больше, чем у предыдущих сопоставимых проектов;
- впервые в такой симуляции «вживую» прослежена гелиевая реионизация.
Астрофизики из Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института представили Lumina — самую масштабную космологическую радиационно-гидродинамическую симуляцию из когда-либо созданных. Она нужна, чтобы сверять теорию с тем, что сейчас видит «Джеймс Уэбб».
Статья вышла в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, подробности — в пресс-релизе Смитсоновского института. Ведущий автор — Оливер Зир, в команде также Аарон Смит из Техасского университета в Далласе, Фолькер Шпрингель, Марк Фогельсбергер и Ларс Хернквист.
6 цифр о Lumina
| Цифра | Что она означает |
|---|---|
| 2 млрд лет | столько космической истории после Большого взрыва охватывает модель |
| 1,5 млрд световых лет | длина ребра виртуального куба, в котором «живет» симуляция |
| в 100+ раз | настолько больший объем пространства, чем в прежних сопоставимых симуляциях |
| 15 000+ GPU | столько графических процессоров суперкомпьютера Frontier в Ок-Риджской национальной лаборатории (Теннесси) понадобилось для расчетов |
| 650 млн световых лет | ширина фрагмента космической паутины на опубликованной визуализации |
| 2 элемента | водород и гелий: модель впервые прослеживает, как оба переходили в современное, ионизированное состояние в таком огромном объеме |
Что такое реионизация и при чем тут гелий
После Большого взрыва Вселенная остыла, и газ стал нейтральным. Затем излучение первых звезд, галактик и квазаров снова «ободрало» электроны с атомов — это и есть реионизация. С водородом это случилось раньше, с гелием, которому нужно более жесткое излучение, — позже.
Прежние модели часто описывали эти процессы упрощенно. Lumina, по словам авторов, первая отслеживает гелиевую реионизацию по ходу событий — и то, как она меняет окружающую Вселенную внутри самой модели. Аарон Смит говорит, что теперь можно впервые «проследить», как водород и гелий приходили к современной форме.
Факт для разговора. На картинке из Lumina тонкие нити — это темная материя, а теплые оранжево-желтые области показывают, где газ между скоплениями галактик движется быстрее всего. Это не фото, а расчет, но именно такую «паутину» телескопы видят по частям.
Почему это важно
«Джеймс Уэбб» находит в молодой Вселенной галактики и черные дыры, которые не всегда укладываются в прежние модели. Чтобы понять, ошибается теория или наблюдения неверно истолкованы, нужны детальные предсказания — Оливер Зир прямо называет это задачей Lumina. Чем больше объем симуляции, тем больше в ней редких объектов, которые можно сравнить с реальными.
Мы уже писали, как «Уэбб» изучал лавовую планету TOI-561 b — Lumina работает в совсем другом масштабе, но обслуживает тот же поток наблюдений.
Что дальше
Команда планирует использовать модель, чтобы изучить потоки газа между галактиками, влияние оставшегося от Большого взрыва излучения и районы особенно бурного звездообразования. Вторым «потребителем» станут данные широкоугольного телескопа NASA имени Нэнси Грейс Роман. Конкретных научных выводов о Вселенной в первой статье пока нет: это представление инструмента, и проверка начнется при сравнении с наблюдениями.
Фото: визуализация космической паутины из симуляции Lumina, иллюстрация. Oliver Zier / Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian, si.edu.
