Моќните телескопи, како вселенскиот телескоп „Џејмс Веб“, им овозможуваат на астрономите да гледаат далеку во минатото, сè до галаксиите што настанале во најраните фази од развојот на универзумот. Но, за да ги пополнат празнините во сè уште мистериозната историја на космосот, научниците сè повеќе се потпираат и на компјутерски симулации.
Меѓународен тим истражувачи разви еден од најдеталните модели на раниот универзум досега. Симулацијата, наречена Лумина, реконструира како првите ѕвезди и црни дупки го поттикнале процесот на рејонизација – клучна фаза што го преобразила космосот.
Истражувањето е објавено во научното списание „Месечни известувања на Кралското астрономско друштво“ (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society).
По Големата експлозија, ултравиолетовото зрачење од првите извори на светлина почнало да ги ослободува електроните од атомите на водородот, најзастапениот елемент во универзумот. Овој процес овозможил светлината слободно да се движи низ космосот и влијаел врз начинот на кој подоцна се формирале галаксиите.
Симулација што го отвора прозорецот кон раниот универзум
Раниот универзум станува сè поважно поле на истражување за астрономите кои сакаат да разберат како космосот се развил во она што го набљудуваме денес.
Бидејќи на светлината ѝ е потребно време за да помине низ вселената, моќните телескопи ги регистрираат далечните галаксии онакви какви што биле пред милијарди години. Но, за да се проучи толку долг период од космичката историја, потребни се симулации со соодветни размери.
Една од најзначајните карактеристики на Лумина е нејзиниот опфат. Таа покрива простор повеќе од 100 пати поголем од претходните симулации, објаснува главниот автор на истражувањето, Оливер Цир, постдокторски истражувач во Центарот за астрофизика „Харвард-Смитсонијан“.
„Имаме космолошки волумен во кој се гледа космичката мрежа и начинот на кој галаксиите се групирани. Истовремено, можеме да ги разликуваме и поединечните галаксии“, објаснува Цир.
Симулацијата може да се користи и за проверка на научните теории за еволуцијата на универзумот. Истражувачите можат да ги споредуваат сценаријата што ги предвидува Лумина со набљудувањата од телескопи како „Џејмс Веб“. Доколку резултатите се совпаѓаат, тоа им дава поголема сигурност во постојните теории. Но, уште поинтересни се ситуациите кога симулацијата и набљудувањата не се совпаѓаат.
Според Цир, таквите отстапувања можат да покажат дека во моделот недостига нешто важно, па дури и да упатат на физички закони што сè уште не ни се познати.
Поголема од претходните модели, но сè уште само мал дел од космосот
Лумина опфаќа простор широк околу 1,5 милијарди светлосни години во секоја насока. За споредба, нашата галаксија, Млечниот Пат, има ширина од околу 100.000 светлосни години. За создавањето на овој масивен модел биле потребни речиси три години работа и компјутерската моќ на повеќе од 15.000 графички процесори на суперкомпјутерот „Фронтиер“, во Националната лабораторија „Оук Риџ“.
Лумина сè уште не е целосно достапна за јавноста, но објавените видеоснимки ја прикажуваат огромната скала на универзумот. На нив се гледа како приказот се приближува до поединечни галаксии, а потоа повторно се оддалечува, откривајќи колку тие се мали во споредба со остатокот од космосот.
Цир потсетува дека Земјата може да ни изгледа огромна, но таа е само една од безбројните планети во Млечниот Пат, кој пак е само една од безбројните галаксии.
„Иако Лумина е навистина голема, таа сè уште претставува само мал дел од универзумот“, вели тој.
Освен огромниот опфат, симулацијата за првпат им овозможува на истражувачите во еден модел да проучуваат како промените во водородот и хелиумот – вториот најзастапен елемент во универзумот – заедно го преобразиле раниот космос.
Џулијан Муњоз, вонреден професор по астрономија на Универзитетот во Тексас во Остин, кој не учествувал во истражувањето, ја оценува Лумина како значајно техничко достигнување.
Тој објаснува дека симулациите на создавањето на првите галаксии и јонизацијата на раниот универзум се исклучително скапи, поради што досега најчесто опфаќале само мали делови од космосот и ограничени временски периоди.
Лумина, според него, опфаќа поголем простор и подолг период од досегашните детални симулации од овој вид.
Што може да открие за темната материја?
Муњоз посочува дека раниот универзум не се менувал рамномерно. Некои региони се развивале побрзо од други, а големиот опфат на Лумина им овозможува на научниците да следат како различните делови од космосот се менувале низ времето.
Симулацијата би можела да помогне и во истражувањето на различното движење на обичната и темната материја низ вселената.
Компјутерските модели на создавањето на првите галаксии најчесто ги проучуваат заемните влијанија меѓу три клучни космички состојки: обичната материја, од која се создадени ѕвездите и планетите; темната материја, која сочинува најголем дел од масата на универзумот; и зрачењето. За разлика од темната материја, обичната материја реагира со светлината. Поради тоа, двата вида материја се движеле со различна брзина.
Во раната историја на универзумот, овие разлики создале космички структури што се протегаат низ милиони светлосни години. Иако телескопите не можат директно да ги забележат, нивните варијации можат да се мапираат со симулации како Лумина. Тоа им овозможува на научниците да истражуваат како движењето и меѓусебното влијание на материјата го обликувале раниот космос.
Симулацијата може да помогне и во проучувањето на ретките галаксии што помалите модели можеби не би ги опфатиле, смета Илијан Илиев, професор по астрофизика на Универзитетот во Сасекс, кој не учествувал во истражувањето.
Тој со нетрпение ги очекува резултатите што ќе произлезат од комбинирањето на Лумина со новите набљудувања од телескопите. Таквата комбинација би можела да создаде поцелосна и попрецизна слика за тоа како настанал и се развивал универзумот.
