作者:许悦 来源:中国科学报 发布时间:2022/3/29 17:08:37
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迄今最大最详细早期宇宙模型问世
 
 
一切都始于138亿年前的一场大“爆炸”,壮丽的宇宙就此诞生。
 
如今,美国麻省理工学院(MIT)、哈佛大学,以及德国马克斯·普朗克天体物理学研究所的科学家开发出一种新的模拟方法——Thesan(伊特鲁里亚神话中的黎明女神),以模拟“宇宙黎明”,特别是重建宇宙再电离过程,因为它涉及极其复杂、混乱的相互作用,包括重力、气体和辐射之间的相互作用。
 
相关研究近日发表于英国《皇家天文学会月刊》。
 
在大爆炸后的数亿年内,当物质在引力下聚集形成第一批恒星和星系时,宇宙觉醒了。第一批恒星发出的光把周围的气体变成了热的电离等离子体——一种被称为宇宙再电离的关键转变,这使宇宙拥有人们今天所看到的复杂结构。
 
Thesan将星系形成的真实模型与跟踪光与气体相互作用的新算法,以及宇宙尘埃模型相结合,从而以最细致以及比之前任何模拟都大的容量揭示了这些相互作用。
 
有了Thesan,研究人员可以模拟一个跨越3亿光年的宇宙立方体。他们在时间轴上向前运行模拟,追踪这个空间从“大爆炸”后约40万年开始,一直到最初的10亿年间,数十万个星系的首次出现和演化。
 
该团队通过精确测量“大爆炸”的遗留光线,设定了“大爆炸”后约40万年的初始条件。然后,他们利用世界上最大的超级计算机——SuperMUC-NG产生了宇宙再电离的详细视图。
 
到目前为止,这些模拟与天文学家对早期宇宙的少数观测一致,并且已经开始揭示某些过程,比如光在早期宇宙中可以传播多远,以及哪些星系负责再电离。
 
对这些模拟的初步分析表明,在宇宙再电离即将结束时,光能够传播的距离比科学家先前假设的要远得多。
 
此外,研究人员还发现了导致再电离的星系类型的线索。他们发现,星系的质量似乎会影响再电离过程。而韦布间望远镜和其他天文台进行的更多观测将有助于确定这些主要星系。
 
“Thesan是通向早期宇宙的桥梁。”MIT卡夫利天体物理和空间研究所的Aaron Smith说,“它旨在为即将上线的观测设施提供理想的模拟,这些设施将从根本上改变我们对宇宙的理解。”
 
相关论文信息:https://doi.org/10.1093/mnras/stac713
 
 
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