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Il video mozzafiato rivela la simulazione più grande e dettagliata dell’Universo primordiale mai vista

Clip di simulazione Thesan

Piccola clip della simulazione di Thesan. Guarda il video nell’articolo qui sotto.

Prende il nome da una dea dell’alba, la simulazione Thesa del primo miliardo di anni aiuta a spiegare come le radiazioni abbiano plasmato l’Universo primordiale.

Tutto è iniziato circa 13,8 miliardi di anni fa con un grande “bang” cosmologico che improvvisamente e in modo spettacolare ha portato all’esistenza l’universo. Poco dopo, l’universo infantile si raffreddò drammaticamente e divenne completamente oscuro.

Poi, nel giro di poche centinaia di milioni di anni[{” attribute=””>Big Bang, the universe woke up, as gravity gathered matter into the first stars and galaxies. Light from these first stars turned the surrounding gas into a hot, ionized Thesan Early Universe Simulation

Evolution of simulated properties in the main Thesan run. Time progresses from left to right. The dark matter (top panel) collapse in the cosmic web structure, composed of clumps (haloes) connected by filaments, and the gas (second panel from the top) follows, collapsing to create galaxies. These produce ionizing photons that drive cosmic reionization (third panel from the top), heating up the gas in the process (bottom panel). Credit: Courtesy of THESAN Simulations

With Thesan, the researchers can simulate a cubic volume of the universe spanning 300 million light years across. They run the simulation forward in time to track the first appearance and evolution of hundreds of thousands of galaxies within this space, beginning around 400,000 years after the Big Bang, and through the first billion years.

So far, the simulations align with what few observations astronomers have of the early universe. As more observations are made of this period, for instance with the newly launched

La simulazione dell’evoluzione del gas e della radiazione mostra la resa dell’idrogeno gassoso neutro. I colori rappresentano la densità e la luminosità, rivelando la struttura di reionizzazione irregolare all’interno di una rete di filamenti di gas neutro ad alta densità.

Ponte Cosmico

Con i componenti di simulazione in atto, il team ha stabilito le condizioni iniziali per circa 400.000 anni dopo il Big Bang, sulla base di misurazioni di precisione della luce reliquia del Big Bang. Hanno quindi sviluppato queste condizioni nel tempo per simulare parte dell’universo utilizzando il motore SuperMUC-NG – uno dei più grandi supercomputer al mondo – che utilizzava simultaneamente 60.000 core di calcolo per eseguire i calcoli di Thesan su un equivalente di 30 milioni di ore di CPU per eseguire ( uno sforzo che avrebbe richiesto 3.500 anni per essere eseguito su un singolo desktop).

Le simulazioni hanno prodotto la visione più dettagliata della reionizzazione cosmica sul più grande volume di spazio di qualsiasi simulazione esistente. Mentre alcune simulazioni modellano su grandi distanze, lo fanno a una risoluzione relativamente bassa, mentre altre simulazioni più dettagliate non coprono grandi volumi.

“Stiamo superando questi due approcci: abbiamo sia un grande volume che un’alta risoluzione”, sottolinea Vogelsberger.

Le prime analisi delle simulazioni suggerivano che verso la fine della reionizzazione cosmica, la distanza che la luce poteva percorrere aumentava in modo più drammatico di quanto gli scienziati pensassero in precedenza.

“Thesan ha scoperto che all’inizio dell’universo, la luce non percorre grandi distanze”, dice Kannan. “In effetti, questa distanza è molto piccola e diventa grande solo alla fine della reionizzazione, aumentando di un fattore 10 in poche centinaia di milioni di anni”.

I ricercatori stanno anche vedendo indizi sul tipo di galassie responsabili della reionizzazione. La massa di una galassia sembra influenzare la reionizzazione, anche se il team afferma che ulteriori osservazioni di James Webb e altri osservatori aiuteranno a individuare queste galassie dominanti.

“Ci sono molte parti mobili lì dentro [modeling cosmic reionization]’ conclude Vogelsberger. “Se riusciamo a mettere insieme tutto questo in una sorta di macchinario e farlo funzionare e creare un universo dinamico, questo è un momento piuttosto gratificante per tutti noi”.

Riferimento: “The Thesan Project: Lyman-a Emission and Transmission during the Epoch of Reionization” di A Smith, R Kannan, E Garaldi, M Vogelsberger, R Pakmor, V Springel e L Hernquist, 24 marzo 2022, Bollettini mensili della Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093/mnras/stac713

Questa ricerca è stata supportata in parte dalla NASA, dalla National Science Foundation e dal Gauss Center for Supercomputing.