Суперкомпьютер воссоздал раннюю Вселенную: от первых звезд до сверхмассивных черных дыр

Ученым удалось смоделировать Вселенную размером 1.6 миллиарда световых лет.

Суперкомпьютер Frontier в Ок-Риджской национальной лаборатории США сумел смоделировать раннюю Вселенную. Симуляция охватывает первые два миллиарда лет после Большого взрыва и позволяет увидеть формирование галактик, появление первых звезд и другие космические события.

Симуляция охватывает кубическую область пространства со стороной около 1.6 миллиарда световых лет, исследователи могут изучать отдельные галактики и движение газа вокруг них. Ранее при подобных расчетах приходилось выбирать между большим объемом моделируемого пространства и возможностью подробно воспроизводить физические процессы.

Для создания симуляции, получившей название Lumina, задействовали более 15000 GPU и 100000 процессорных ядер. Симуляция начинается примерно через 45 миллионов лет после Большого взрыва, в период так называемых космических темных веков: в это время гравитация постепенно собирала вещество в плотные сгустки, ставшие основой первых звездных скоплений и галактик.

Кроме того, модель воспроизвела реионизацию водорода: после рождения первых звезд их ультрафиолетовое излучение начало выбивать электроны из атомов нейтрального водорода, заполнявшего пространство между галактиками. Симуляция показывает, как этот процесс распространялся по молодой Вселенной и постепенно менял состояние межгалактического газа.

Также ученым удалось смоделировать реионизацию гелия, связанную с активностью ранних сверхмассивных черных дыр. Lumina впервые позволила объединить подробное моделирование реионизации водорода и гелия в одной симуляции, это дает возможность изучать влияние первых звезд и растущих черных дыр на окружающую среду в рамках единой физической модели.

Ученые ожидают, что сравнение данных симуляции с информацией, полученной с помощью телескопов, поможет не только улучшить качество моделирования, но и уточнить существующие представления о развитии ранней Вселенной. Данные Lumina уже доступны научному сообществу.