Учёные смоделировали первые два миллиарда лет существования Вселенной с помощью одного из самых мощных суперкомпьютеров в мире. Проект получил название Lumina и позволяет изучать появление первых звёзд и галактик, влияние тёмной материи и воздействие излучения на молодую Вселенную. Результаты работы опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, о проекте также сообщил SciTechDaily.
Модель разработали специалисты Центра астрофизики Гарварда и Смитсоновского института. Она воспроизводит взаимодействие обычного вещества, тёмной материи и излучения, благодаря чему исследователи могут сопоставлять расчёты с данными космических телескопов James Webb и Nancy Grace Roman. Такой подход позволяет проверить, насколько существующие представления описывают процессы, происходившие после Большого взрыва.
Lumina относится к крупным радиационно-гидродинамическим моделям, которые одновременно учитывают движение газа, влияние тёмной материи и распространение излучения. Расчёты охватывают куб пространства со стороной около 1,5 млрд световых лет, что более чем в 100 раз превышает объём прежних сопоставимых симуляций. При этом модель сохраняет достаточную детализацию для изучения отдельных галактик, звёзд и чёрных дыр.
Особое внимание учёные уделили реионизации — процессу, изменившему состояние газа в ранней Вселенной. После появления первых ярких объектов их излучение начало отрывать электроны от атомов водорода и гелия, переводя газ в ионизированное состояние. Lumina стала первой симуляцией такого типа, где реионизация гелия рассчитывается одновременно с её влиянием на другие процессы космической эволюции.
Для создания модели исследователи задействовали суперкомпьютер Frontier, установленный в Национальной лаборатории Оук-Ридж в американском штате Теннесси. В вычислениях участвовали более 15 тыс. графических процессоров, которые обработали огромный объём данных. Это позволило объединить масштабное описание распределения вещества с анализом процессов, происходящих внутри отдельных галактик.
Разработчики планируют использовать Lumina для изучения перемещения газа между галактиками, роли излучения, оставшегося после Большого взрыва, и формирования областей с интенсивным звездообразованием. Расчёты помогут сопоставлять теоретические сценарии с наблюдениями телескопов James Webb, Roman и других обсерваторий. Такое сравнение может показать, какие космологические модели подтверждаются, а какие требуют дальнейшего уточнения.