Ученые создали самую детальную компьютерную модель ранней вселенной

Американские ученые создали крупнейшую и наиболее детальную компьютерную модель ранней Вселенной. Она позволит ученым моделировать рождение звезд и первых галактик после Большого взрыва и проверять свои астрофизические теории, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.

«Благодаря телескопу Джеймса Вебба ранняя Вселенная стала захватывающим новым рубежом в астрофизике, — сказал ведущий автор работы Оливер Зиер, научный сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Чтобы понять, что мы видим с помощью этого телескопа, нам необходимо перевести наши теории в подробные предсказания. После нескольких лет работы, полных взлетов и падений, невероятно приятно видеть результаты моделирования и наблюдать, как наши предсказания оживают на видео».

Космический телескоп имени Джеймса Вебба и выведенный недавно на орбиту «Нэнси Грейс Роман» позволяют астрономам открывать объекты и явления, происходившие в самые ранние периоды существования Вселенной. Чтобы понять их природу, ученые создали Lumina — наиболее масштабную и детализированную модель ранней вселенной.

Она воспроизводит поведение обычной (барионной) и темной материи и излучения в первые два миллиарда лет. Это даст астрономам возможность проверить свои теории, описывающие эволюцию Вселенной после Большого взрыва. Сопоставляя современные астрономические наблюдения с предсказаниями этой модели, они могут проверить правильность предполагаемых законов, управляющих эволюцией вселенной, или переписать существующие теории.

Lumina представляет собой крупнейшую из когда-либо созданных моделей в области радиационной гидродинамики, воспроизводящую взаимодействие газа, темной материи и света, которое приводило к рождению первых звезд и галактик.

Модель воспроизводит эволюцию в сто раз большего объема вселенной, чем прежние аналогичные симуляции. Моделируемый объем вселенной соответствует кубу с ребром полтора миллиона световых лет — объем вселенной, доступный самым мощным современным телескопам мира.

«Вычисления задействуют 2×6000 ³ отдельных элементов, что соответствует массе частиц темной материи в 1,9 ×10 ⁷ масс Солнца и барионной материи в 3,6 ×10 ⁶ масс Солнца», — говорится в исследовании. 

«Нам невероятно повезло создавать такие симуляции, как Lumina, — сказал Аарон Смит, доцент кафедры физики Техасского университета в Далласе и один из авторов статьи. — Впервые мы можем проследить за тем, как водород и гелий превращались в свою современную форму в таком огромном объеме Вселенной, при этом сохраняя возможность наблюдать за галактиками и другими яркими объектами, которые управляли этим превращением».

Для создания Lumina потребовалось более 15 000 графических процессоров, работающих на Frontier, одном из самых быстрых суперкомпьютеров в мире, расположенном в Национальной лаборатории Ок-Ридж в штате Теннесси. Его огромная вычислительная мощность позволила исследователям смоделировать беспрецедентный объем ранней Вселенной, сохраняя при этом уровень детализации, необходимый для изучения формирования галактик, звезд и черных дыр.