Nieuwe MIT-simulatie onthult belangrijke inzichten in de geboorte van het universum

Spontane generatie van de werkelijkheid is rommelig.

De oerknal ontketende bijvoorbeeld de energie en materie van het universum in een oogwenk en duwde het vervolgens met de snelheid van het licht in alle richtingen weg, terwijl de temperatuur in het groeiende universum in de eerste nanoseconde van het bestaan ​​van de tijd de 1000 biljoen graden Celsius overschreed. De volgende honderden miljoen jaar, waarin het universum afkoelde tot het punt dat deeltjes voorbij quarks en fotonen konden bestaan ​​- toen echte atomen zoals waterstof en helium verschenen – staan ​​bekend als donkere eeuwen, ten koste van sterren die nog niet bestaan licht te geven.

Maar uiteindelijk drukten enorme wolken van elementaire gassen zich voldoende tegen zichzelf aan om te ontbranden, het voorheen donkere universum te verlichten en een proces te leiden Dit is de reden waarom het universum niet alleen een hele hoop waterstof- en heliumatomen is. Het werkelijke proces van hoe het licht van die nieuwe sterren interageert met de omringende gaswolken om geïoniseerd plasma te vormen dat zwaardere elementen genereerde, is niet volledig begrepen, maar een team van dat hun wiskundige model voor dit turbulente tijdperk het grootste en meest gedetailleerde is dat tot nu toe is bedacht.

De Simulator, genoemd ter ere Goddess of Dawn, simuleert de periode van kosmische reïonisatie door te kijken naar de interacties tussen gassen, zwaartekracht en straling in een gebied van 100 miljoen kubieke lichtjaar. Onderzoekers kunnen kijken naar een synthetische tijdlijn van 400.000 jaar tot een miljard jaar na de oerknal om te zien hoe het veranderen van verschillende variabelen binnen het model de gegenereerde resultaten beïnvloedt.

“Thesan fungeert als een brug naar het vroege universum”, zegt Aaron Smith, een NASA Einstein Fellow aan het MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. . “Het doel is om te dienen als een ideale gesimuleerde analoog voor toekomstige observatiefaciliteiten, die klaar staat om ons begrip van het universum fundamenteel te veranderen.”

Dankzij een nieuw algoritme dat de interactie van licht met gas volgt, dat overeenkomt met de vorming van een afzonderlijk sterrenstelsel, is er meer detail en een grotere omvang dan alle eerdere simulaties, en wordt het gedrag van kosmisch stof gemodelleerd.

Rahul Kanan van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, die samenwerkte met het Massachusetts Institute of Technology en het Max Planck Institute for Astrophysics aan het project, zei MIT nieuws. “Op deze manier volgen we automatisch het reïonisatieproces zoals het zich voordoet.”

Het uitvoeren van deze simulatie is Een supercomputer in Garching, Duitsland. De 60.000 rekenkernen komen overeen met 30 miljoen CPU-uren die parallel werken om de cijfers te verwerken die Thesan nodig heeft. Het team heeft ook al verrassende resultaten van het experiment gezien.

“Thesan ontdekte dat licht geen grote afstanden aflegt in het vroege universum”, zei Cannan. “In feite is deze afstand erg klein en wordt hij pas groot aan het einde van de reïonisatie, en wordt hij vertienvoudigd in slechts een paar honderd miljoen jaar.”

Dat wil zeggen, het licht aan het einde van de reïonisatieperiode heeft verder gereisd dan de onderzoekers eerder hadden gedacht. Ze merken ook op dat het type en de massa van de melkweg het reïonisatieproces kunnen beïnvloeden, hoewel het team van Thesan er snel op wees dat ondersteuning voor waarnemingen in de echte wereld nodig was voordat deze hypothese kon worden bevestigd.