从黑暗时代到第一缕曙光 早期宇宙模拟视频发布

宇宙中气体的再电离过程。图片：Thesan合作小组

它看起来像黑暗中闪烁的萤火虫，慢慢地，越来越多，大块大块地点亮了屏幕——。这不是一个关于昆虫的视频，而是对早期宇宙的模拟。大爆炸之后，宇宙从一个完全黑暗的地方变成了一个辉煌的环境。这个令人惊叹的视频是《皇家天文学会月刊》收到的三篇论文中描述的一系列宇宙模拟结果的一部分。

该模拟视频由哈佛大学和史密森天体物理中心、麻省理工学院和德国马克斯普朗克天体物理研究所共同创作。这一成果代表了模拟第一个星系形成和再电离过程的巨大进步，在这个过程中，太空中的中性氢原子被转化为带正电荷的氢原子，从而使光能够传播到整个宇宙。

被称为再电离时代的模拟时期发生在大约130亿年前。之所以难以模拟重建，是因为它涉及到极其复杂和混沌的相互作用，包括重力、气体和辐射或光之间的相互作用。大多数天文学家做实验的唯一方法是在电脑上。研究人员使用基本的物理方程和控制理论模型来模拟早期宇宙中发生的事情。

研究小组的模拟任务以伊特鲁里亚黎明女神Thesan命名，并分析了早期宇宙中的相互作用。它的内容是迄今为止最详细的，覆盖了最大的体积，为早期星系的特征以及这些星系的光如何影响气体提供了前所未有的细节。

该团队将真实的星系形成模型与跟踪光和气体相互作用的新算法以及宇宙尘埃模型相结合，以模拟早期宇宙。有了Thesan，他们可以模拟宇宙中跨越3亿光年的部分。运行模拟程序可以在时间上跟踪和可视化这个空间中几十万个星系的第一次出现和演化，从宇宙大爆炸后的大约40万年到最初的10亿年。

这些模拟是使用世界上最大的超级计算机之一SuperMUC-NG创建的，它花费了3000万个CPU小时。在普通计算机上完成同样的模拟需要3500多年。

研究小组解释说，这些模拟是为詹姆斯韦伯太空望远镜的观测做准备而创建的，真实的望远镜观测数据将很快与Thesan模拟进行比较。