Новая симуляция показывает, как зажигался свет во Вселенной — видео
Было время, когда наша Вселенная была непрозрачным, лишенным света морем бурлящего газа. Однако к тому времени, когда ей исполнился миллиард лет, все изменилось. Излучение первых звезд и галактик вызвало драматические изменения, позволив свету литься свободно. Новая симуляция, названная Thesan в честь этрусской богини утренней зари, позволила ученым исследовать Темные века Вселенной.
Научная статья опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, кратко об исследовании рассказывает Science Alert.
Период между 50 млн и 1 млрд лет после Большого взрыва называют Космическим рассветом. Это время, когда Вселенная, какой мы ее знаем сегодня, только начинала собираться из первичной плазмы. До того как появились первые звезды, она была заполнена горячим мутным туманом ионизированного газа.
Как только Вселенная достаточно остыла, протоны и электроны начали сливаться в нейтральные (без электрического заряда) атомы водорода. Первые звезды и галактики начали формироваться примерно через 150 млн лет после Большого взрыва. Их ультрафиолетовый свет постепенно повторно ионизировал нейтральный водород (придавал ему электрический заряд). Так весь спектр электромагнитного излучения смог свободно распространяться по Вселенной. Этот период называют Эпохой реионизации, он почти полностью закончился через миллиард лет после Большого взрыва.
«Мы можем использовать основные уравнения физики и теоретические представления для моделирования того, что происходило в ранней Вселенной», — сказал астрофизик Рахул Каннан из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики (США).
В Thesan вшит новый алгоритм воспроизведения того, как свет взаимодействует с окружающим газом и реионизирует его. Эти процессы очень сложны и требуют огромных вычислительных мощностей. Симуляция, по словам авторов, дает «беспрецедентный» взгляд на то, как ранние галактики формировались и взаимодействовали с газом ранней Вселенной. Она показывает постепенные изменения по мере того, как свет начинает просачиваться через Вселенную.
«Это немного похоже на воду в лотках для кубиков льда, когда вы кладете ее в морозильную камеру. Через некоторое время она начинает замерзать по краям, а затем лед медленно расползается. Та же ситуация была и в ранней Вселенной — это был нейтральный темный космос, который стал ярким и ионизированным, когда свет начал исходить из первых галактик», — сказал физик Аарон Смит из Института астрофизики и космических исследований Массачусетского технологического института (США).
Не придется долго ждать, чтобы узнать, насколько точна симуляция. Космический телескоп «Джеймс Уэбб» должен начать научную работу через несколько месяцев и частично предназначен для того, чтобы разглядеть прошлое примерно через 300 000 лет после Большого взрыва, когда реионизация шла полным ходом.
«Либо наша симуляция согласуется с тем, что увидит телескоп, что подтвердит нашу картину Вселенной, либо расхождения покажут, что наше понимание ранней Вселенной неверно», — сказал физик Марк Фогельсбергер из Массачусетского технологического института.
