초기 우주 재이온화 시대의 놀라운 시뮬레이션을 보여줍니다.

마치 어둠 속에서 반짝이는 반딧불이처럼 보입니다. 

천천히, 더 많이 축적되어 큰 덩어리와 클러스터로 화면을 비춥니다. 그러나 이것은 곤충에 관한 비디오가 아닙니다. 이것은 우주가 완전한 암흑의 장소에서 빛으로 가득 찬 빛나는 환경으로 변한 빅뱅 이후의 초기 우주의 시뮬레이션입니다.

 

이 멋진 비디오는 Royal Astronomical Society의 Monthly Notices에 승인된 일련의 3개 논문에 설명된 대규모 시뮬레이션 모음의 일부입니다. 

 

천체 물리학 센터의 연구원이 작성 | Harvard & Smithsonian, Massachusetts Institute of Technology 및 Max Planck Institute for Astrophysics에 따르면 이 시뮬레이션은 최초의 은하 형성과 재이온화(우주의 중성 수소 원자가 양전하로 변환되는 과정)를 시뮬레이션하는 데 있어 기념비적인 발전을 나타냅니다. 이온화된 수소는 빛이 우주 전체에 퍼질 수 있도록 합니다.

 

재이온화 시대로 알려진 시뮬레이션된 기간은 약 130억 년 전에 일어났으며 중력, 가스와 방사선 또는 빛 사이의 상호 작용을 포함하여 엄청나게 복잡하고 혼란스러운 상호 작용을 포함하기 때문에 재구성하기가 어려웠습니다.

"대부분의 천문학자들은 실험을 수행할 실험실이 없습니다. 공간과 시간의 규모가 너무 커서 우리가 실험을 할 수 있는 유일한 방법은 컴퓨터를 이용하는 것뿐입니다."라고 Center for Astrophysics의 천체 물리학자인 Rahul Kannan이 설명합니다. 시리즈의 첫 번째 논문의 저자. "우리는 초기 우주에서 일어난 일을 시뮬레이션하기 위해 기본 물리학 방정식과 이론 모델을 지배할 수 있습니다."

 

연구원들은 San을 사용하여 3억 광년 이 넘는 우주의 일부를 시뮬레이션할 수 있습니다.

팀은 빅뱅 후 약 400,000년부터 시작하여 처음 10억 년 동안 이 공간에서 수십만 개의 은하가 처음 출현하고 진화하는 과정을 추적하고 시각화하기 위해 시뮬레이션을 실행할 수 있습니다.

 

시뮬레이션은 완전한 어둠에서 빛으로 우주의 점진적인 변화를 보여줍니다.

연구 공동 저자인 Aaron Smith는 "얼음 쟁반에 담긴 물과 비슷합니다. 냉동실에 넣으면 시간이 걸리지만 잠시 후 가장자리가 얼기 시작하고 천천히 들어옵니다."라고 말했습니다. MIT 카블리 천체 물리학 및 우주 연구 연구소의 NASA 아인슈타인 펠로우. "이것은 초기 우주의 상황과 같았습니다. 첫 번째 은하에서 빛이 나타나기 시작하면서 밝고 이온화된 중립적이고 어두운 우주였습니다."

 

시뮬레이션은 제임스 웹 우주 망원경(JWST)의 관측을 준비하기 위해 만들어졌으며 , 이 망원경은 허블 우주 망원경과 같은 전임자보다 약 135억 년 더 먼 과거를 볼 수 있습니다.

주요 San 실행에서 시뮬레이션된 속성의 진화. 시간은 왼쪽에서 오른쪽으로 진행됩니다. 필라멘트로 연결된 덩어리(후광)로 구성된 우주 그물 구조에서 암흑 물질(상단 패널)이 붕괴되고 가스(상단에서 두 번째 패널)가 뒤따르면서 붕괴하여 은하를 생성합니다. 이들은 우주 재이온화를 유도하는 이온화 광자를 생성하고(위에서 세 번째 패널) 프로세스에서 가스를 가열합니다(아래 패널). 크레디트: 크레딧: THESAN 시뮬레이션

Kannan은 "JWST와 같이 온라인으로 출시되는 많은 망원경은 이 시대를 연구하기 위해 특별히 설계되었습니다. "이것이 우리의 시뮬레이션이 필요한 곳입니다. 이 시뮬레이션은 우리가 이 기간의 실제 관찰을 해석하고 우리가 보고 있는 것을 이해하는 데 도움이 될 것입니다."

 

실제 망원경 관측 및 데이터는 곧 San 시뮬레이션과 비교할 것이라고 팀은 설명합니다.

"흥미로운 부분입니다." 연구 공동 저자인 MIT의 물리학 부교수인 Mark Vogelsberger가 말했습니다. "우리의 San 시뮬레이션과 모델은 JWST가 발견한 것과 일치하여 우주에 대한 우리의 그림을 확인시켜 줄 것입니다. 그렇지 않으면 초기 우주에 대한 우리의 이해가 틀렸음을 보여주는 상당한 불일치가 있을 것입니다."

 

그러나 팀은 초기 우주에서 은하의 속성과 빛의 흡수 및 탈출을 포함한 광범위한 주제를 다룰 첫 번째 관찰이 시작될 때까지 모델의 다양한 측면이 어떻게 작동하는지 알지 못할 것입니다. Kannan은 "우리는 우리가 알고 있는 것을 기반으로 시뮬레이션을 개발했습니다. "그러나 과학계는 최근 몇 년 동안 많은 것을 배웠지만, 특히 우주가 매우 젊었을 때와 같이 여전히 불확실성이 꽤 있습니다." 시뮬레이션은 3천만 CPU 시간 동안 세계 최대 슈퍼컴퓨터 중 하나인 SuperMUC-NG를 사용하여 생성되었습니다. 동일한 시뮬레이션을 일반 컴퓨터에서 완료하려면 4,000년 이상이 걸렸을 것입니다.