Η προσομοίωση Lumina ανασυνθέτει περίπου δύο δισεκατομμύρια χρόνια κοσμικής εξέλιξης
Κάποιοι υποστηρίζουν ότι το σύμπαν μας δεν είναι τίποτε άλλο από μια υπολογιστική προσομοίωση, μπορούμε κι εμείς να προσομοιώνουμε την εξέλιξή του στους υπολογιστές μας κατανοώντας όλο και περισσότερα γι’ αυτό. Ένα τέτοιο παράδειγμα είναι η προσομοίωση Lumina, που ανέπτυξε μια διεθνής ομάδα ερευνητών από το MIT, το Harvard και άλλα πανεπιστήμια, με σκοπό την διερεύνηση του πώς οι πρώτες φωτεινές πηγές μεταμόρφωσαν το αρχέγονο σύμπαν.
Περίπου 380.000 χρόνια μετά την Μεγάλη Έκρηξη, το σύμπαν είχε ψυχθεί αρκετά ώστε οι ατομικοί πυρήνες να δεσμεύσουν ηλεκτρόνια και να σχηματιστούν ουδέτερα άτομα. Τα φωτόνια έπαψαν να σκεδάζονται συνεχώς στα ελεύθερα ηλεκτρόνια και μπορούσαν πλέον να διαδίδονται σε μεγάλες αποστάσεις. Το ουδέτερο αέριο – κυρίως υδρογόνο – γέμιζε ένα σύμπαν στο οποίο δεν είχαν σχηματιστεί ακόμη τα πρώτα άστρα. Έτσι άρχιζε η περίοδος της «Σκοτεινής Εποχής» . Κυριαρχούσε η ακτινοβολία που σήμερα ανιχνεύουμε ως κοσμική μικροκυματική ακτινοβολία υποβάθρου. Τότε η ακτινοβολία αυτή περιλάμβανε και ορατό φως. Λόγω της διαστολής, τα μήκη κύματός της αυξάνονταν, μετατοπίζοντας το ορατό τμήμα της στο υπέρυθρο και αργότερα στα μικροκύματα. Το ουδέτερο υδρογόνο μπορούσε επίσης να εκπέμπει και να απορροφά ακτινοβολία στην χαρακτηριστική γραμμή των 21 cm, δίνοντας μια επιπλέον συνεισφορά στην ακτινοβολία υποβάθρου.
Σταδιακά, η βαρύτητα συγκέντρωσε την ύλη σε δομές μέσα στις οποίες σχηματίστηκαν οι πρώτοι γαλαξίες και τα άστρα τους. Η ακτινοβολία αυτών των πηγών άρχισε να αποσπά ξανά ηλεκτρόνια από τα άτομα του μεσογαλαξιακού αερίου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται επανιονισμός. Το σύμπαν, όμως, είχε πλέον αραιώσει τόσο λόγω της διαστολής, ώστε δεν επέστρεψε στην αρχική αδιαφανή κατάστασή του. Η Lumina παρακολουθεί αυτή την εξέλιξη από περίπου 45 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη μέχρι την ηλικία των δύο δισεκατομμυρίων ετών.
Η προσομοίωση περιλαμβάνει έναν κύβο πλευράς 500 μεγαπαρσέκ, καλύπτοντας 100 φορές μεγαλύτερο όγκο και προσφέροντας 30 φορές υψηλότερη ανάλυση σε σχέση με προηγούμενες προσπάθειες. Σε αυτόν τον χώρο παρακολουθεί την εξέλιξη της σκοτεινής ύλης, του αερίου, των άστρων και της ακτινοβολίας σε τεράστιες κοσμικές κλίμακες, επιτρέποντας παράλληλα στους επιστήμονες να κάνουν μεγέθυνση (εστίαση) στη λεπτομέρεια ενός μεμονωμένου γαλαξία που μόλις σχηματίζεται. Επιπλέον, καταγράφει δύο σημαντικά φαινόμενα της κοσμικής ιστορίας: τον επανιονισμό του υδρογόνου που προκλήθηκε κυρίως από το φως των πρώτων άστρων, και την ολοκλήρωση του επανιονισμού του ηλίου με την αφαίρεση και του δεύτερου ηλεκτρονίου του, κυρίως χάρη στην ακτινοβολία της θερμής ύλης γύρω από τις υπερμαζικές μαύρες τρύπες.
Στόχος των ερευνητών είναι να συγκρίνουν στο μέλλον αυτά τα δεδομένα με πραγματικές παρατηρήσεις από σύγχρονα τηλεσκόπια για να κατανοήσουν καλύτερα πώς γεννήθηκαν οι πρώτες κοσμικές δομές. Η ερευνητική ομάδα δημιούργησε πολλά χαρακτηριστικά βίντεο της προσομοίωσης που μπορείτε να βρείτε ΕΔΩ: https://lumina-simulation.com/
Για παράδειγμα, στο βίντεο που ακολουθεί βλέπουμε την διείσδυση σε μια τεράστια συγκέντρωση σκοτεινής ύλης του αρχέγονου σύμπαντος:
Το επόμενο βίντεο, ξεκινώντας από την μεγάλη κλίμακα του σύμπαντος, εστιάζει στην σκοτεινή ύλη και στο αέριο, για να καταλήξει στην δομή ενός μεγάλης μάζας δισκοειδούς γαλαξία σε ερυθρή μετατόπιση z=4, δείχνοντας παράλληλα την πυκνότητα, την ταχύτητα, την θερμοκρασία και την περιεκτικότητα του αερίου σε βαρέα στοιχεία, καθώς και την κατανομή του πλήρως ιονισμένου ηλίου:
Διαβάστε περισσότερες λεπτομέρειες:
1. Watch the universe emerge from the dark ages, with Lumina – https://news.mit.edu/2026/watch-universe-emerge-from-dark-ages-with-lumina-1026
2. Record-breaking simulation sheds light on cosmic ‘dark ages’ – https://www.scientificamerican.com/article/record-breaking-simulation-sheds-light-on-cosmic-dark-ages/
3. Introducing the lumina project: large-volume radiation-hydrodynamic simulations of the epochs of hydrogen and helium reionization – https://academic.oup.com/mnras/article/552/4/stag1469/8971942
Κατηγορίες:ΑΣΤΡΟΝΟΜΙΑ, ΑΣΤΡΟΦΥΣΙΚΗ, ΚΟΣΜΟΛΟΓΙΑ, ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΑ, ΣΥΜΠΑΝ, ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΕΣ
Σχολιάστε