محاكاة جديدة تُظهر كيفية تشغيل الأضواء فى كوننا

كان هناك وقت لم يكن فيه سوى بحر فاتح ومظلم من الغازات الدوامة ، وبحلول الوقت الذي بلغ فيه عمر الكون مليار سنة ، تغير كل هذا ، وتغير الإشعاع الصادر عن النجوم والأول تغيرًا جذريًا ، مما سمح يتدفق الضوء من خلاله بحرية عبر الطيف الكهرومغناطيسي بأكمله.

وفقًا لـ RT ، سمحت محاكاة جديدة ، سميت Thesan على اسم إلهة الفجر الأترورية ، للعلماء بالتحقيق في العصور المظلمة للكون. إنها أداة جديدة للتعرف بالتفصيل على كيفية تشغيل الأضواء في Cosmic Dawn.

قال الفيزيائي آرون سميث من معهد كافلي للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء بمعهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “Thesan بمثابة جسر للكون المبكر. يجب أن يكون بمثابة محاكاة مثالية لمرافق المراقبة القادمة ، والتي تستعد لتغيير فهمنا بشكل أساسي. من الكون. “معظم ما نعرفه عن الكون نتعلمه من الضوء (باستثناء ملحوظ لموجات الجاذبية ، مجال علم الفلك لا يزال في مهده). لذلك عندما يتم إعاقة الضوء بطريقة ما ، فإن هذا يسبب بعض المشاكل ؛ فقط انظر في (أو لا ، حسب الحالة) الثقوب السوداء ، والتي لا تصدر أي إشعاع يمكن اكتشافه.

الكون المبكر ، 50 مليون إلى مليار سنة بعد الانفجار العظيم ، هو حالة أخرى من هذا القبيل. تُعرف هذه الفترة بالفجر الكوني ، وهو الوقت الذي كان الكون كما نعرفه اليوم قد بدأ للتو في التجمع من البلازما البدائية. قبل ظهور النجوم الأولى ، كانت مليئة بضباب ساخن مظلم من الغاز المتأين. ولا يمكن للضوء أن يسافر بحرية عبر هذا الضباب ؛ إنهم فقط يبعثرون الإلكترونات الحرة.

بمجرد أن يبرد الكون بدرجة كافية ، بدأت البروتونات والإلكترونات في إعادة الاتحاد لتشكيل ذرات هيدروجين محايدة. هذا يعني أن الضوء يمكنه أخيرًا السفر عبر الفضاء. عندما بدأت النجوم والمجرات الأولى في التكون ، بعد حوالي 150 مليون سنة من الانفجار العظيم ، أعاد ضوءها فوق البنفسجي تأين الهيدروجين المحايد في جميع أنحاء الكون ، مما سمح للطيف الكامل للإشعاع الكهرومغناطيسي بالتدفق بحرية. هذا هو عصر إعادة التأين.

بعد حوالي مليار سنة من الانفجار العظيم ، عاود تأين الكون بأسره ؛ ومع ذلك ، قبل علامة المليار سنة هذه ، لا يمكننا أن نرى حقًا باستخدام أدواتنا الحالية ، مما يجعل من الصعب فهم هذا الفجر الكوني الحاسم.

قال عالم الفيزياء الفلكية راهول كانان ، من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية: “معظم الفلكيين ليس لديهم مختبرات لإجراء التجارب. مقاييس المكان والزمان كبيرة جدًا ، لذا فإن الطريقة الوحيدة التي يمكننا بها إجراء التجارب هي في أجهزة الكمبيوتر. نحن قادرون على أخذ المعادلات من الفيزياء الأساسية والنماذج النظرية التي تحكمها لمحاكاة ما حدث في الكون المبكر.

يبدأ Thesan بنموذج واقعي لتشكيل المجرات ، إلى جانب خوارزمية جديدة لإعادة إنتاج كيفية تفاعل الضوء مع الغاز المحيط وإعادة تأينه ، ونموذج للغبار الكوني.

هذه العمليات والتفاعلات معقدة للغاية ؛ لمحاكاة جزء من الكون عبر 300 مليون سنة ضوئية ، من 400،000 إلى 1،000 مليون سنة بعد الانفجار العظيم ، استخدم الفريق حاسوبًا فائقًا قويًا ، SuperMUC-NG ، استخدم ما يعادل 30 مليون ساعة من وحدة المعالجة المركزية لإطعام ثيسان.

قال الباحثون إن المحاكاة الناتجة هي العرض الأكثر تفصيلاً حتى الآن لعصر إعادة التأين ، حيث تلتقط الفيزياء بمقاييس أصغر بمليون مرة من المناطق المحاكاة. يعطي هذا نظرة “غير مسبوقة” على كيفية تشكل المجرات الأولى وتفاعلها مع الغازات من الكون المبكر. يظهر تغيرًا تدريجيًا حيث يبدأ الضوء في الترشيح عبر الكون.

ومن المثير للاهتمام أن Thesan أظهر أن الضوء في البداية لا يسافر بعيدًا جدًا. فقط في نهاية إعادة التأين يمكن للضوء السفر لمسافات طويلة. نظر الفريق أيضًا في أنواع المجرات التي كان لها التأثير الأكبر على إعادة التأين ، حيث لعبت الكتلة المجرية دورًا.

ولن نضطر إلى الانتظار طويلاً لنرى مدى دقة المحاكاة أيضًا. من المقرر أن يبدأ تلسكوب جيمس ويب الفضائي (JWST) عملياته العلمية في غضون بضعة أشهر ، وهو مصمم جزئيًا ليعود إلى ما يقرب من 300000 عام بعد الانفجار العظيم ، عندما كانت إعادة التأين على قدم وساق. الجمعية الفلكية.