Учёные смоделировали первые 2 млрд лет Вселенной с детализацией в 30 раз выше прежней

Астрофизики создали компьютерную модель Lumina, которая прослеживает эволюцию Вселенной в первые 2 млрд лет после Большого взрыва. Она охватывает область космоса шириной около 1,6 млрд световых лет и одновременно позволяет изучать крупномасштабную структуру Вселенной и процессы внутри отдельных галактик. По объёму моделируемого пространства новая разработка более чем в 100 раз превосходит предыдущие сопоставимые симуляции.

Расчёты охватывают период, когда Вселенная выходила из космических «тёмных веков». Примерно через 380 тыс. лет после Большого взрыва вещество остыло настолько, что образовались нейтральные атомы водорода. Они препятствовали свободному распространению света, пока первые звёзды и галактики не начали менять окружающую среду.

Lumina начинает моделирование примерно через 45 млн лет после Большого взрыва и показывает, как из газа и тёмной материи формировались первые галактики, а их излучение постепенно меняло межгалактическое пространство.

Особое значение модели — одновременное воспроизведение двух процессов: повторной ионизации водорода и гелия. Ультрафиолетовое излучение первых звёзд и галактик выбивало электроны из атомов водорода, постепенно делая космос прозрачнее для света. Ионизацию гелия связывают с более энергичным излучением сверхмассивных чёрных дыр. Lumina впервые объединила моделирование обоих процессов в одном расчёте такого масштаба.

В основу симуляции вошли около 500 млрд вычислительных элементов, включая частицы тёмной материи и ячейки газа. Разрешение модели примерно в 30 раз выше, чем у предыдущей системы IllustrisTNG. Расчёты выполняли на суперкомпьютере Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж с использованием примерно 15 тыс. графических процессоров и мощности, эквивалентной более чем 100 тыс. процессорных ядер.

Учёные планируют сопоставлять результаты с наблюдениями телескопов «Джеймс Уэбб» и будущей обсерватории Nancy Grace Roman, чтобы уточнять представления о формировании первых галактик и эволюции ранней Вселенной.

Источник: livescience