Prve galaksije svojim su zračenjem mijenjale goleme oblake plina u svemiru. Nova simulacija Lumina prati kako se ta preobrazba odvijala tijekom prve dvije milijarde godina, povezujući plin, tamnu tvar i zračenje u istom računalnom modelu.
Model obuhvaća dio svemira u obliku kocke sa stranicom dugom približno 1,5 milijardi svjetlosnih godina. Prema objavi Smithsoniana, riječ je o dosad najvećoj kozmološkoj simulaciji te vrste, s više od stotinu puta većim obujmom od prethodnih usporedivih modela. Velik obujam omogućuje da se razvoj pojedinih galaksija proučava zajedno s promjenama u plinu između njih.
Oliver Zier i suradnici iz Centra za astrofiziku Harvard & Smithsonian u radu objavljenom u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society opisuju kako su povezali te procese. Njihov model daje predviđanja koja astronomi mogu uspoređivati s opažanjima teleskopa James Webb, Nancy Grace Roman i drugih opservatorija te provjeravati koliko dobro teorije opisuju nastanak galaksija.
Kako je svjetlost mijenjala međugalaktički plin
Prije pojave prvih zvijezda velik dio obične tvari nalazio se u plinu koji se ponajprije sastojao od vodika i helija. Kada su se pojavili dovoljno snažni izvori zračenja, njihova je svjetlost mogla izbijati elektrone iz atoma. Taj se proces naziva ionizacijom.
U povijesti svemira govori se o reionizaciji jer je materija u njegovoj najranijoj, vrućoj fazi već bila ionizirana, a zatim se, hlađenjem, velikim dijelom pretvorila u neutralne atome. Zračenje prvih galaksija postupno je mijenjalo stanje plina u velikim područjima između njih.
Da bi rekonstruirali taj proces, istraživači moraju izračunati gdje se nalaze izvori svjetlosti, kako se zračenje širi i kako djeluje na plin kroz koji prolazi. Promjene u plinu zatim utječu na njegov daljnji razvoj. Lumina te povezane procese prati metodom radijacijske hidrodinamike, koja spaja gibanje plina s prijenosom zračenja.
Model prati i reionizaciju helija
Prema istraživačkom timu, Lumina prvi put omogućuje da se u takvoj simulaciji reionizacija helija izravno poveže s razvojem plina. Njezin se utjecaj uključuje tijekom izračuna, umjesto da se dodaje naknadno. Model tako prati i promjenu stanja helija i posljedice te promjene za okolnu tvar.
Kozmos je ranije pisao o projektu Thesan, koji također prati razvoj galaksija i reionizaciju. Lumina takav pristup proširuje na znatno veći obujam prostora, uz istodobno praćenje reionizacije vodika i helija.
Frontier računa, teleskopi provjeravaju
Za izvođenje simulacije korišteno je superračunalo Frontier u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge u Tennesseeju. Više od 15.000 njegovih grafičkih procesora omogućilo je da istraživači istodobno obuhvate velike kozmičke udaljenosti i zadrže pojedinosti potrebne za proučavanje galaksija, zvijezda i crnih rupa.
Dobivene vizualizacije prikazuju izračunani razvoj svemira, a ne izravnu snimku njegove prošlosti. Tim će Luminu upotrebljavati za proučavanje tokova plina među galaksijama, utjecaja zračenja i nastanka područja intenzivnog stvaranja zvijezda. Usporedba tih predviđanja s teleskopskim podacima omogućit će provjeru modela, osobito ondje gdje se opažena svojstva galaksija razlikuju od izračunanih.
