Neue MIT-Simulation enthüllt wichtige Einblicke in die Geburt des Universums

Spontane Erzeugung von Realität ist chaotisch.

Der Urknall zum Beispiel setzte die Energie und Materie des Universums in einem Augenblick frei und schleuderte sie dann mit Lichtgeschwindigkeit in alle Richtungen, als die Temperaturen im gesamten wachsenden Universum in der ersten Nanosekunde der Existenz von Zeit 1.000 Billionen Grad Celsius überschritten. Die nächsten hundert Millionen Jahre, in denen sich das Universum bis zu dem Punkt abkühlte, an dem Teilchen jenseits von Quarks und Photonen existieren konnten – als echte Atome wie Wasserstoff und Helium auftauchten – sind als dunkle Zeitalter bekannt, auf Kosten von Sternen, die noch nicht existieren Licht zu geben.

Schließlich drängten sich jedoch riesige Wolken elementarer Gase in sich hinein, die sich entzündeten, erhellten das zuvor dunkle Universum und leiteten einen Prozess ein Deshalb besteht das Universum nicht nur aus einem Haufen Wasserstoff- und Heliumatomen. Der eigentliche Prozess, wie das Licht dieser neuen Sterne mit den umgebenden Gaswolken interagiert, um ionisiertes Plasma zu bilden, das schwerere Elemente erzeugt, ist nicht vollständig verstanden, aber ein Team von dass ihr mathematisches Modell für diese turbulente Ära das größte und detaillierteste ist, das je entwickelt wurde.

Die Simulator, zu Ehren benannt Göttin der Morgenröte, die die Periode der kosmischen Reionisierung simuliert, indem sie die Wechselwirkungen zwischen Gasen, Schwerkraft und Strahlung in einem Bereich von 100 Millionen Kubiklichtjahren untersucht. Forscher können sich eine synthetische Zeitachse von 400.000 Jahren bis zu einer Milliarde Jahre nach dem Urknall ansehen, um zu sehen, wie sich die Änderung verschiedener Variablen innerhalb des Modells auf die generierten Ergebnisse auswirkt.

„Thesan fungiert als Brücke zum frühen Universum“, sagte Aaron Smith, NASA Einstein Fellow am MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research. . „Sein Zweck ist es, als ideales simuliertes Analogon für kommende Beobachtungseinrichtungen zu dienen, die unser Verständnis des Universums grundlegend verändern werden.“

Dank eines neuen Algorithmus, der die Wechselwirkung von Licht mit Gas verfolgt, der der Bildung einer separaten Galaxie entspricht, und dem Verhalten von kosmischem Staub modelliert, bietet sie mehr Details und eine größere Größenordnung als jede frühere Simulation.

sagte Rahul Kanan vom Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, der an dem Projekt mit dem Massachusetts Institute of Technology und dem Max-Planck-Institut für Astrophysik zusammenarbeitete MIT-Nachrichten. „Auf diese Weise verfolgen wir automatisch den Reionisierungsprozess, wenn er entsteht.“

Das Ausführen dieser Simulation ist Ein Supercomputer in Garching, Deutschland. Die 60.000 Rechenkerne entsprechen 30 Millionen CPU-Stunden, die parallel arbeiten, um die Zahlen zu brechen, die Thesan benötigt. Das Team hat auch bereits überraschende Ergebnisse aus dem Experiment gesehen.

„Thesan fand heraus, dass Licht im frühen Universum keine großen Entfernungen zurücklegt“, sagte Cannan. „Tatsächlich ist dieser Abstand sehr klein und wird erst am Ende der Reionisierung groß und vergrößert sich in nur wenigen hundert Millionen Jahren um das Zehnfache.“

Das heißt, das Licht am Ende der Reionisationsperiode ist weiter gereist, als die Forscher zuvor angenommen hatten. Sie stellen auch fest, dass der Typ und die Masse der Galaxie den Reionisierungsprozess beeinflussen könnten, obwohl Thesans Team schnell darauf hinwies, dass Unterstützung für Beobachtungen in der realen Welt erforderlich war, bevor diese Hypothese bestätigt werden konnte.