Як виглядав Всесвіт після Великого вибуху: Вчені створили гігантську космічну симуляцію

Міжнародна команда науковців створила Lumina — масштабну космологічну симуляцію, яка відтворює еволюцію Всесвіту на ранніх етапах його існування. Модель дає змогу досліджувати формування галактик, взаємодію звичайної та темної матерії, а також процеси, завдяки яким світло почало вільніше поширюватися космосом. Про розробку повідомляє ScienceDaily, передають Патріоти України.

Що відомо про симуляцію Lumina

До міжнародної команди дослідників увійшли науковці Массачусетського технологічного інституту (MIT), Гарвардського університету та інших наукових установ.

Симуляція охоплює космічну область протяжністю близько 1,6 млрд світлових років. Вона дає змогу одночасно вивчати великомасштабну структуру Всесвіту та процеси формування окремих галактик.

За даними дослідників, обсяг простору, охоплений Lumina, більш ніж у 100 разів перевищує обсяг порівнянних попередніх симуляцій. Модель використовує близько 500 млрд розрахункових елементів, серед яких частинки темної матерії та осередки газу.

Одним із головних завдань проєкту стало відтворення двох важливих етапів космічної історії — реіонізації водню та гелію.

Що відбувалося у Всесвіті після Великого вибуху

На ранніх етапах Всесвіт був надзвичайно гарячим і щільним. У міру його розширення та охолодження утворилися атоми, зокрема нейтральний водень, який поглинав світло певних довжин хвиль.

Приблизно через 380 тисяч років після Великого вибуху настала епоха, відома як космічні «темні століття». Зірок і галактик, здатних освітлювати космос, ще не існувало.

Згодом почали формуватися перші зорі та галактики. Їхнє випромінювання поступово змінювало навколишній газ і спричинило процес, який астрономи називають реіонізацією.

Як Всесвіт став прозорішим для світла

Під час реіонізації ультрафіолетове випромінювання перших зірок і галактик вибивало електрони з атомів водню. Унаслідок цього газ змінював свої властивості, а світло могло вільніше поширюватися космосом.

Реіонізація гелію потребувала ще енергійнішого випромінювання. Згідно з моделлю Lumina, важливу роль у цьому процесі відігравали надмасивні чорні діри, які активно поглинали навколишню речовину та випромінювали значну кількість енергії.

Дослідники зазначають, що симуляція дає змогу в межах однієї масштабної моделі простежити реіонізацію і водню, і гелію, а також дослідити вплив цих процесів на подальшу еволюцію Всесвіту.

Як науковці перевірятимуть модель

Розробники планують використовувати Lumina для перевірки теоретичних уявлень про ранній Всесвіт за допомогою даних космічного телескопа «Джеймс Вебб» та майбутніх спостережень інших обсерваторій, зокрема телескопа Ненсі Грейс Роман.

Порівняння результатів симуляції з реальними астрономічними спостереженнями допоможе визначити, наскільки добре сучасні теорії пояснюють формування перших галактик та еволюцію космічного середовища.

Якщо спостереження не збігатимуться з розрахунками, це може вказати на явища, які науковцям ще належить пояснити.

Надалі команда планує досліджувати за допомогою Lumina рух газу між галактиками, розвиток областей інтенсивного зореутворення та можливі гравітаційно-хвильові сигнали, пов’язані з ранніми галактиками й чорними дірами.