早期宇宙模擬視頻發(fā)布：從黑暗時(shí)代到第一道曙光
（神秘的早期地球uux.cn報(bào)道）據(jù)科技日?qǐng)?bào)（記者 張夢(mèng)然）：它看起來像螢火蟲在黑暗中閃爍，慢慢地，宇宙越來越多，模擬大塊大塊地點(diǎn)亮屏幕——這不是視頻曙光關(guān)于昆蟲的視頻，而是發(fā)布對(duì)早期宇宙的模擬。大爆炸之后的從黑一段時(shí)間，宇宙從一個(gè)完全黑暗的代到第道地方轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光彩照人的環(huán)境。這段令人驚嘆的早期視頻是《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》接收的3篇論文中描述的一系列宇宙模擬成果的一部分。
該模擬視頻由美國哈佛和史密森尼天體物理學(xué)中心、宇宙麻省理工學(xué)院和德國馬克斯·普朗克天體物理研究所共同創(chuàng)建。模擬這一成果代表了在模擬第一個(gè)星系形成和再電離過程方面取得的視頻曙光巨大進(jìn)步，這一過程中，發(fā)布空間中的從黑中性氫原子轉(zhuǎn)化為帶正電，使光在整個(gè)宇宙中傳播。代到第道
被稱為再電離時(shí)代的早期模擬時(shí)期發(fā)生在大約130億年前，難以模擬重建的原因是，它涉及極其復(fù)雜、混亂的相互作用，包括重力、氣體和輻射或光之間的相互作用。大多數(shù)天文學(xué)家做實(shí)驗(yàn)的唯一方法是在計(jì)算機(jī)上。研究人員利用基本的物理方程和控制理論模型來模擬早期宇宙中發(fā)生的事情。
研究團(tuán)隊(duì)此次模擬任務(wù)以伊特魯里亞黎明女神Thesan命名，分析了早期宇宙中的相互作用，其內(nèi)容是迄今最詳細(xì)的，涵蓋體積也最大，為早期星系的特性以及來自這些星系的光如何影響氣體提供了前所未有的細(xì)節(jié)信息。
該團(tuán)隊(duì)將真實(shí)的星系形成模型與跟蹤光與氣體相互作用的新算法以及宇宙塵埃模型相結(jié)合，進(jìn)行了對(duì)早期宇宙的模擬。借助Thesan，他們可模擬跨越3億光年的宇宙的一部分。運(yùn)行該模擬程序，能及時(shí)跟蹤和可視化該空間內(nèi)數(shù)十萬個(gè)星系的首次出現(xiàn)和演化，從大爆炸后約40萬年開始，直至最初的十億年。
這些模擬是使用世界上最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一的SuperMUC-NG耗時(shí)3000萬CPU小時(shí)創(chuàng)建的。在普通計(jì)算機(jī)上完成相同的模擬需要3500多年。
研究團(tuán)隊(duì)解釋說，創(chuàng)建這些模擬是為詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)做準(zhǔn)備，而真實(shí)的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)數(shù)據(jù)很快將與Thesan模擬進(jìn)行比較。
相關(guān)報(bào)道：迄今最大最詳細(xì)早期宇宙模型問世
（神秘的地球uux.cn報(bào)道）據(jù)中國科學(xué)報(bào)（徐銳）：138億年前的一場(chǎng)“大爆炸”，讓壯麗的宇宙就此誕生。如今，美國麻省理工學(xué)院、哈佛大學(xué)，以及德國馬克斯·普朗克太空物理學(xué)研究所的科學(xué)家開發(fā)出一種新的模擬方法——Thesan（伊特魯里亞神話中的黎明女神），以模擬“宇宙黎明”特別是重建宇宙再電離過程，因?yàn)檫@一過程涉及極其復(fù)雜的相互作用，包括重力、氣體和輻射之間的相互作用。相關(guān)研究近日發(fā)表于英國《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》。
在“大爆炸”后的數(shù)億年內(nèi)，當(dāng)物質(zhì)在引力下聚集形成第一批恒星和星系時(shí)，宇宙“覺醒”了。第一批恒星發(fā)出的光把周圍的氣體變成了熱的電離等離子體，這種被稱為宇宙再電離的關(guān)鍵轉(zhuǎn)變，使宇宙擁有了人們今天所看到的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。
Thesan將星系形成的真實(shí)模型與跟蹤光與氣體相互作用的新算法、宇宙塵埃模型相結(jié)合，以比之前任何模擬都大的容量揭示了這些相互作用。
有了Thesan，研究人員可以模擬一個(gè)跨越3億光年的立方體宇宙。他們?cè)跁r(shí)間軸上向前運(yùn)行模擬，以追蹤數(shù)十萬個(gè)星系的首次出現(xiàn)和演化。
該團(tuán)隊(duì)通過精確測(cè)量“大爆炸”的遺留光線，設(shè)定了“大爆炸”后約40萬年的初始條件。然后，他們利用世界上最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)——SuperMUC-NG，產(chǎn)生了宇宙再電離的詳細(xì)視圖。
迄今為止，這些模擬與天文學(xué)家對(duì)早期宇宙的少數(shù)觀測(cè)一致，并且已經(jīng)開始揭示某些奧秘，比如光在早期宇宙中可以傳播多遠(yuǎn)，以及哪些星系負(fù)責(zé)再電離。
對(duì)這些模擬的初步分析表明，在宇宙再電離即將結(jié)束時(shí)，光能傳播的距離比科學(xué)家先前假設(shè)的要遠(yuǎn)得多。
此外，研究人員還發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致再電離的星系類型的線索。他們發(fā)現(xiàn)，星系的質(zhì)量似乎會(huì)影響再電離過程。而韋布空間望遠(yuǎn)鏡和其他天文臺(tái)進(jìn)行的更多觀測(cè)將有助于確定這些主要星系。
“Thesan是通向早期宇宙的橋梁。”麻省理工學(xué)院卡夫利天體物理和空間研究所的Aaron Smith說，“它旨在為即將上線的觀測(cè)設(shè)施提供理想的模擬，這些設(shè)施將從根本上改變我們對(duì)宇宙的理解。”
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1093/mnras/stac713

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