Naukowcy stworzyli właśnie nową symulację, która pozwoliła im zbadać, jak wyglądał Wszechświat, zanim pojawiło się w nim światło oraz jak proces pojawiania się światła wyglądał. Jej nazwa to Thesan na cześć etruskiej bogini poranka i początku życia. Jest ona absolutnie piękna.
„Thesan działa niczym pomost do wczesnego Wszechświata.”, powiedział fizyk Aaron Smith z MIT. „Ma służyć jako idealny symulacyjny odpowiednik dla przyszłych placówek obserwacyjnych, które mogą fundamentalnie odmienić to, w jaki sposób postrzegamy kosmos.”
Nastała światłość
Większość tego, co wiemy o Wszechświecie, wiemy za sprawą światła. Tak więc, gdy dostęp do światła jest ograniczony, rodzi to problemy. Doskonałym przykładem tej zależności są czarne dziury. Jako że one same nie emitują żadnego promieniowania (a jedynie przyciągana przez nie materia), skrywają przed nami wiele tajemnic.
Kolejny przykład to wczesny Wszechświat – Wszechświat 50 milionów lat do 1 miliarda lat po Wielkim Wybuchu. Ten okres znany jest jako Kosmiczny Świt – okres, w którym Wszechświat jaki znamy dzisiaj, dopiero zaczynał wyłaniać się z pierwotnej plazmy. Zanim pojawiły się pierwsze gwiazdy, wypełniała go gorąca, mroczna mgła zjonizowanego gazu. Światło nie mogło swobodnie przez tę mgłę podróżować – po prostu rozpraszały je wolne elektrony.
Gdy Wszechświat się wystarczająco ochłodził, protony i elektrony zaczęły tworzyć neutralne atomy wodoru. Oznaczało to, że światło mogło wreszcie podróżować w przestrzeni. Gdy zaczęły powstawać pierwsze gwiazdy i galaktyki, około 150 milionów lat po Wielkim Wybuchu, ich światło ultrafioletowe stopniowo rejonizowało neutralny wodór wszechobecny we Wszechświecie, umożliwiając swobodny przepływ całego spektrum promieniowania elektromagnetycznego. Wówczas miała miejsce tak zwana era rejonizacji.
Do około miliarda lat po Wielkim Wybuchu Wszechświat został kompletnie zrejonizowany. Niestety, obecne teleskopy nie pozwalają astronomom zaobserwować na własne oczy, co się podczas ery rejonizacji działo. Dlatego tak ważne jest tworzenie symulacji takich jak Thesan.
„Większość astronomów nie ma laboratoriów, w których mogliby przeprowadzać eksperymenty. Skale czasu i przestrzeni są zbyt duże, a więc jedyne eksperymenty jakie możemy przeprowadzać to te z użyciem komputerów.”, powiedział astrofizyk Rahul Kannan z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. „Jesteśmy w stanie wykorzystywać podstawowe fizyczne równania i wiodące modele teoretyczne do symulacji tego, co wydarzyło się we wczesnym Wszechświecie.”
Symulacja, jakiej jeszcze nie było
Thesan to symulacja, która łączy realistyczny model powstawania galaktyk, nowy algorytm, który śledzi to, w jaki sposób światło wchodzi w interakcje z gazem oraz model kosmicznego pyłu. Symulowane przez nią procesy są bardzo złożone. Nic zatem dziwnego, że aby zasymulować wycinek Wszechświata o średnicy 300 milionów lat świetnych, obejmujący okres od 400 tysięcy lat do miliarda lat po Wielkim Wybuchu, uczeni wykorzystali potężny superkomputer – SuperMUC-NG.
Thesan oferuje jak dotąd najdokładniejszy obraz epoki rejonizacji. Daje ona bezprecedensowy wgląd w to, jak rodziły się pierwsze galaktyki i jak wchodziły w interakcje z gazem z wczesnego Wszechświata. Pokazuje też stopniowe zmiany, które zachodziły, gdy światło zaczęło przenikać przez Wszechświat.
Co ciekawe, dzięki Thesan naukowcy dowiedzieli się, że początkowo światło nie podróżowało w kosmosie zbyt daleko. Dopiero pod koniec epoki rejonizacji mogło ono pokonywać duże odległości. Symulacja pokazała również, jakie rodzaje galaktyk miały największy wpływ na rejonizację.
Najlepsze jest to, że nie będziemy musieli czekać zbyt długo by dowiedzieć się, jak dokładna jest Thesan. Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba powinien być bowiem w stanie cofnąć się swoim spojrzeniem do około 300 tysięcy lat po Wielkim Wybuchu. Teleskop ten już został wystrzelony w kosmos i jest przygotowywany do pierwszych naukowych obserwacji.
Źródło: MIT, fot. tyt. Canva