Moćni opservatoriji, poput NASA-inog svemirskog teleskopa James Webb, omogućuju nam uvid u galaksije koje su nastale dok je svemir još bio mlad. No, nove simulacije na superračunalima pomažu popuniti praznine u tajanstvenoj ranoj povijesti svemira.

Međunarodni tim istraživača razvio je jedan od dosad najdetaljnijih modela ranog svemira. Opisan je u studiji objavljenoj u časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Nova simulacija, nazvana Lumina, prikazuje kako su prve zvijezde i crne rupe potaknule reionizaciju, ključnu, ali zagonetnu fazu koja je preobrazila svemir.

Nakon Velikog praska, ultraljubičasto zračenje iz tih ranih izvora svjetlosti odvajalo je elektrone od atoma vodika - najzastupljenijeg elementa u svemiru - čime je svjetlosti omogućeno putovanje na veće udaljenosti, što je ujedno promijenilo način na koji su se galaksije formirale.

Rani svemir postao je uzbudljivo novo područje istraživanja za astronome koji nastoje shvatiti kako se svemir razvio u ono što je danas. Budući svjetlosti treba vremena za putovanje svemirom, moćni teleskopi bilježe udaljene galaksije onakvima kakve su bile prije milijardi godina.

No, proučavanje tako dugog razdoblja kozmičke povijesti zahtijeva simulacije jednako golemog opsega. Upravo tu na scenu stupaju modeli poput Lumine.

Simulacija 1,5 milijardi svjetlosnih godina

Jedna od najperspektivnijih značajki Lumine jest njezin golem opseg. Ona obuhvaća više od 100 puta veći prostor nego ranije simulacije. Također može biti korištena za provjeru hipoteza o razvoju svemira. Znanstvenici mogu usporediti scenarij ranog svemira, modeliran u Lumini, s opažanjima dobivenim teleskopima poput svemirskog teleskopa James Webb.

Ako se rezultati podudaraju, znanstvenici mogu steći veću sigurnost u svoje teorije. Ako ne, znat će kako njihovim modelima nešto nedostaje. Takva odstupanja mogla bi ponuditi tragove o svemiru koje znanstvenici još nisu u potpunosti shvatili.

Luminina najveća simulacija te vrste obuhvaća područje koje se proteže otprilike 1,5 milijardi svjetlosnih godina u svakom smjeru. Za usporedbu, prema podacima NASA-e, Mliječni put širok je oko 100 tisuća svjetlosnih godina.

Izrada ovog golemog modela trajala je gotovo tri godine. Korišteno je više od 15 tisuća grafičkih procesorskih jedinica na Frontieru, superračunalu u Nacionalnom laboratoriju Oak Ridge u Tennesseeju (SAD). Lumina još nije u potpunosti dostupna javnosti, no videozapisi simulacije zorno prikazuju golemost svemira.

Kamera zumira pojedinačne galaksije, a zatim se udaljava kako bi pokazala koliko su one zapravo sićušne u usporedbi s drugima diljem kozmosa. Zemlja se možda čini golemom, ali ona je samo jedan od mnogih planeta u Mliječnom putu, koji je jedna od bezbrojnih galaksija u svemiru.

Drugi pogled u dinamiku ranog svemira

Po prvi put Lumina istraživačima omogućuje proučavanje - unutar jedne jedinstvene simulacije - načina na koji su promjene u vodiku i heliju (drugom najzastupljenijem elementu u svemiru) preobrazile rani kozmos.

Računalni modeli nastanka prvih galaksija često se usredotočuju na međudjelovanja triju ključnih kozmičkih sastojaka: obične tvari (od koje su građene zvijezde, planeti i ljudi, tamne tvari (nevidljive tvari koja čini većinu svemirske tvari) i zračenja.

Za razliku od tamne tvari, obična tvar stupa u interakciju sa svjetlošću, zbog čega se te dvije vrste tvari kreću različitim brzinama. U ranoj povijesti svemira te su razlike stvorile kozmičke uzorke koji se protežu na milijune svjetlosnih godina.

Iako se ti uzorci ne mogu izravno promatrati teleskopima, njihove se varijacije mogu prikazati u simulacijama poput Lumine, što znanstvenicima omogućuje istraživanje načina na koji je dinamika materije možda oblikovala rani svemir, piše CNN Science.