Астрофизики собрали модель Lumina: она прослеживает два миллиарда лет космической истории, от плотного тумана нейтрального водорода до света первых галактик. О работе сообщил Live Science, статья вышла в Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Первый автор Оливер Зир, бывший постдок Массачусетского технологического института, сейчас работает в Гарварде. Среди соавторов Марк Фогельсбергер, профессор физики MIT.

Расчёт прослеживает излучение. Свет выходит из молодых галактик, идёт сквозь межгалактическую среду и постепенно отрывает электроны от нейтрального водорода. Видео, опубликованное вместе со статьёй, начинается примерно через 45 млн лет после Большого взрыва и показывает, как газовое гало уступает место галактикам.

Что охватывает расчёт

Авторы увеличивают участок шириной около 1,6 млрд световых лет и одновременно удерживают в поле зрения мелкие структуры внутри него. Фогельсбергер описывает это так: «Другие симуляции не умеют увеличивать масштаб так далеко, как эта. Разрыв между самым малым и самым большим масштабами у нас больше, чем в любой другой симуляции».

Зир объясняет цепочку: «Мы видим, где формируются первые галактики. В них рождаются первые звёзды. Эти звёзды создают излучение. Симуляция прослеживает, как оно уходит от звёзд через Вселенную, пока где-то не ионизирует нейтральный водород».

Водород и гелий в одной модели

Реионизацией называют переход межгалактического газа из нейтрального состояния в ионизированное. Водород теряет электроны под действием ультрафиолета молодых звёзд и галактик, и свет получает путь сквозь прежде непрозрачную среду. Гелий ионизируют сверхмассивные чёрные дыры: их излучение несёт достаточно энергии, чтобы разбивать нейтральные атомы гелия. Lumina моделирует оба процесса сразу, и авторы называют это первым таким случаем для программы подобного рода.

Представим условный обзор, который одновременно измеряет положение тысяч галактик на разных расстояниях. Авторы рассчитывают, что их программа пригодится для проверки именно таких наблюдений ранней Вселенной. Совпадение или расхождение с данными стало бы проверкой модели, но в описанной работе её ещё не проводили.

Какие проверки впереди

В доступном изложении нет чисел, с которыми можно напрямую сравнить телескопы: ни распределения галактик, ни температуры газа, ни сроков завершения реионизации. Не сообщается и о тестах численной сходимости или независимом воспроизведении расчёта. Сами авторы говорят о будущем применении: проверять наблюдения ранней Вселенной, прежде всего обзоры, которые картографируют много галактик одновременно.

О том, как готовят научные статьи к публикации, можно узнать в отдельном разделе.

Схема этапов реионизации в симуляции Lumina: от тёмных веков до проверки по наблюдениям

Фото: Zelch Csaba / Pexels