Ovo nikad ranije nije viđeno! Moćna simulacija otkrila kako su nastale prve galaksije i kako se kosmos menjao

Više od 15.000 grafičkih procesorskih jedinica radilo je na stvaranju jednog od najsloženijih modela ranog univerzuma.

Projekat Lumina omogućava naučnicima da prate razvoj prvih galaksija, širenje zračenja i preobražaj materije u kosmičkim razmerama koje je ranije bilo gotovo nemoguće simulirati.

Preporučujemo

Rane epohe univerzuma

Kako je izgledao univerzum pre nego što su postojale galaksije kakve danas poznajemo? Kako su iz vrele, guste mešavine čestica i zračenja nastale prve zvezde, kako su se oblikovale galaksije i na koji način je njihovo svetlo promenilo kosmos?

Odgovori na ova pitanja kriju se u najranijim poglavljima istorije univerzuma, do kojih ljudski pogled ne može neposredno da dopre. Ipak, zahvaljujući novoj računarskoj simulaciji Lumina, naučnici su dobili moćan alat za rekonstrukciju tih davnih događaja.

Ovaj model omogućava da se, uz dosad nedostižan nivo detalja, prati razvoj univerzuma tokom prve dve milijarde godina nakon Velikog praska. Njegovi vizuelni prikazi otkrivaju kosmičku pozornicu na kojoj su se tamna materija, gasovi i zračenje međusobno preplitali, stvarajući uslove za nastanak prvih galaksija.

U tim ranim epohama univerzum nije ličio na današnje prostranstvo ispunjeno zvezdama, planetama i galaksijama. Bio je to vreli kosmos koji se širio i hladio, dok su se materija i zračenje postepeno menjali, a gravitacija usmeravala raspodelu materije.

U simulaciji Lumina mogu da se prate tanki, razgranati filamenti tamne materije koji se povezuju u ogromnu kosmičku mrežu. Duž tih struktura kretali su se gasovi, stvarajući uslove za formiranje prvih zvezda i galaksija.

Takvi prikazi nisu samo impresivne digitalne slike. Oni naučnicima omogućavaju da ispituju kako su različiti fizički procesi međusobno povezani i kako su male razlike u raspodeli materije mogle da utiču na kasniji razvoj čitavih kosmičkih struktura.

Lumina je zato mnogo više od vizuelne rekonstrukcije prošlosti - ona predstavlja svojevrsnu laboratoriju u kojoj istraživači mogu da testiraju svoje pretpostavke o nastanku univerzuma.

Jedan od najvažnijih procesa koji ova simulacija omogućava da se prouči jeste rejonizacija helijuma, prenosi Daily Mail.

"Prvi put možemo da pratimo"

U početku su se, kako se univerzum hladio nakon Velikog praska, elektroni vezivali za atomska jezgra, stvarajući neutralne atome. Međutim, pojavom prvih zvezda i galaksija situacija je počela da se menja.

Te prve generacije zvezda proizvodile su snažno ultraljubičasto zračenje. Ono je, zajedno sa zračenjem drugih kosmičkih izvora, uključujući crne rupe koje su rasle u središtima galaksija, moglo da izbaci elektrone iz atoma. Taj proces, poznat kao jonizacija, menjao je svojstva gasa koji je ispunjavao prostor između galaksija.

Oblasti jonizovanog gasa širile su se poput mehurova, postepeno se dodirujući i spajajući. Na taj način, zračenje prvih kosmičkih izvora nije samo osvetljavalo okolni prostor već je menjalo i fizičke uslove u njemu.

Posebno je značajno što Lumina omogućava istraživačima da prate rejonizaciju helijuma u velikom delu univerzuma, istovremeno zadržavajući dovoljno detalja da se razaznaju galaksije i drugi svetleći objekti odgovorni za te promene.

“Prvi put možemo da pratimo kako su se vodonik i helijum menjali i poprimali oblike u kojima ih danas poznajemo, i to kroz ogroman deo univerzuma, a da pritom i dalje možemo da razlučimo galaksije i druge svetleće objekte koji pokreću tu transformaciju“, ističe dr Aron Smit, fizičar sa Univerziteta Teksasa u Dalasu i koautor naučnog rada o Lumini.

Ova mogućnost posebno je važna za razumevanje načina na koji su prve zvezde i galaksije uticale na svoju kosmičku okolinu.

Iza ovih prikaza stoji računarska infrastruktura izuzetnih razmera. Za izradu Lumine korišćeno je više od 15.000 grafičkih procesorskih jedinica na superračunaru Frontier, smeštenom u Nacionalnoj laboratoriji Oak Ridž u Tenesiju, u SAD.

Tolika procesorska snaga bila je potrebna da bi se istovremeno simulirali ogromni delovi kosmosa i sačuvali detalji važni za proučavanje nastanka zvezda, galaksija i crnih rupa.

Lumina modeluje kockasti deo prostora čija svaka stranica iznosi približno 1,5 milijardi svetlosnih godina. Reč je o obimu koji se približava razmerama prostora dostupnog astronomskim posmatranjima pomoću najmoćnijih savremenih teleskopa.

Posmatranje udaljenih galaksija

Prema navodima autora, simulacija obuhvata približno 100 puta veću zapreminu od prethodnih najboljih modela slične vrste.

Takav spoj velikog kosmičkog obuhvata i visokog nivoa detalja posebno je važan - simulacija mora da prikaže i široku raspodelu materije i pojedinačne svetleće objekte čije zračenje menja okolni gas.

Razvoj ovakvih modela dobija dodatni značaj zahvaljujući sve detaljnijim posmatranjima ranog univerzuma. Svemirski teleskop Džejms Veb omogućava astronomima da proučavaju veoma udaljene galaksije, čija je svetlost putovala milijardama godina pre nego što je stigla do nas.

Ali, posmatrati udaljene galaksije i razumeti procese koji su ih oblikovali nisu isto. Da bi objasnili ono što vide, naučnici moraju da uporede astronomska merenja sa predviđanjima teorijskih modela.

“Zahvaljujući teleskopu Džejms Veb, rani univerzum postao je uzbudljiva nova granica astrofizike. Da bismo razumeli ono što posmatramo pomoću ovog teleskopa, potrebno je da svoje teorije pretočimo u detaljna predviđanja“, kaže dr Oliver Cir, glavni autor naučnog rada o Lumini.

Ovakvo poređenje omogućava proveru postojećih teorija. Ako se stvarna posmatranja poklapaju sa rezultatima simulacije, to predstavlja argument u prilog korišćenom modelu. Ako se, međutim, pojave značajna odstupanja, naučnici dobijaju razlog da preispitaju svoje pretpostavke i potraže objašnjenja koja dosadašnji modeli možda ne obuhvataju.

U tom procesu značajnu ulogu mogao bi da ima i Svemirski teleskop Nensi Grejs Roman, čija će široka posmatranja doprineti istraživanju velikih struktura univerzuma.

Lumina ne omogućava neposredno posmatranje događaja koji su se odigrali pre više od deset milijardi godina. Ona, umesto toga, koristi fizičke teorije i računarske proračune da rekonstruiše kako su se ti događaji mogli odvijati.

Upravo u tome leži njena vrednost. Model povezuje procese koji se odvijaju na različitim prostornim i vremenskim skalama - od kretanja gasa i uticaja tamne materije do zračenja zvezda i promena koje ono izaziva u međugalaktičkom prostoru.

Što su takve simulacije detaljnije i što veći deo univerzuma obuhvataju, to naučnici mogu preciznije da ispituju složenu priču o nastanku kosmičkih struktura.

(Telegraf.rs)