Simulasi baru MIT mengungkapkan wawasan penting tentang kelahiran alam semesta

Secara spontan menghasilkan kenyataan adalah urusan yang berantakan.

Big Bang kita, misalnya, melepaskan energi dan materi senilai alam semesta dalam sekejap, lalu melemparkannya ke segala arah dengan kecepatan cahaya karena suhu kosmos yang terus tumbuh melebihi 1.000 triliun derajat Celcius dalam beberapa nanodetik pertama keberadaan waktu. Beberapa ratus juta tahun berikutnya, selama waktu itu alam semesta mendingin ke titik di mana partikel di luar quark dan foton bisa ada — ketika atom sebenarnya seperti hidrogen dan helium muncul — dikenal sebagai zaman kegelapan, karena bintang-bintang belum ada. untuk memberikan cahaya.

Namun akhirnya, awan gas unsur yang sangat besar memampatkan diri mereka sendiri untuk menyala, membawa iluminasi ke kosmos yang sebelumnya gelap dan mendorong proses pembakaran. , itulah sebabnya alam semesta tidak hanya terdiri dari sekumpulan atom hidrogen dan helium. Proses sebenarnya tentang bagaimana cahaya dari bintang-bintang baru itu berinteraksi dengan awan gas di sekitarnya untuk menciptakan plasma terionisasi yang menelurkan unsur-unsur yang lebih berat tidak sepenuhnya dipahami, tetapi sebuah tim peneliti bahwa model matematika mereka dari zaman yang bergejolak ini adalah yang terbesar dan paling rinci yang dirancang hingga saat ini.

Itu simulasi, dinamai untuk menghormati dewi fajar, mensimulasikan periode reionisasi kosmik dengan melihat interaksi antara gas, gravitasi, dan radiasi dalam ruang 100 juta tahun cahaya kubik. Para peneliti dapat menelusuri garis waktu sintetis yang membentang dari 400.000 tahun hingga 1 miliar tahun setelah Big Bang untuk melihat bagaimana mengubah variabel yang berbeda dalam model berdampak pada hasil yang dihasilkan.

“Thesan bertindak sebagai jembatan ke alam semesta awal,” Aaron Smith, NASA Einstein Fellow di MIT Kavli Institute for Astrophysics and Space Research, mengatakan . “Ini dimaksudkan untuk menjadi mitra simulasi yang ideal untuk fasilitas pengamatan yang akan datang, yang siap untuk secara mendasar mengubah pemahaman kita tentang kosmos.”

Ini menawarkan detail yang lebih tinggi pada volume yang lebih besar daripada simulasi sebelumnya berkat algoritma baru yang melacak interaksi cahaya dengan gas yang sesuai dengan pembentukan galaksi terpisah dan model perilaku debu kosmik.

“Thesan mengikuti bagaimana cahaya dari galaksi pertama ini berinteraksi dengan gas selama miliaran tahun pertama dan mengubah alam semesta dari netral menjadi terionisasi,” Rahul Kannan dari Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, yang bermitra dengan MIT dan Max Planck Institute for Astrofisika pada proyek ini, mengatakan Berita MIT. “Dengan cara ini, kami secara otomatis mengikuti proses reionisasi saat berlangsung.”

Menggerakkan simulasi ini adalah superkomputer di Garching, Jerman. 60.000 core komputasinya menjalankan setara dengan 30 juta jam CPU secara paralel untuk menghitung angka yang dibutuhkan oleh Thesan. Tim telah melihat hasil yang mengejutkan dari percobaan juga.

“Thesan menemukan bahwa cahaya tidak melakukan perjalanan jarak jauh di awal alam semesta,” kata Kannan. “Faktanya, jarak ini sangat kecil, dan hanya menjadi besar pada akhir reionisasi, meningkat dengan faktor 10 hanya dalam beberapa ratus juta tahun.”

Artinya, cahaya pada akhir periode reionisasi bergerak lebih jauh dari yang diperkirakan para peneliti sebelumnya. Mereka juga memperhatikan bahwa jenis dan massa galaksi dapat mempengaruhi proses reionisasi, meskipun tim Thesan dengan cepat menunjukkan bahwa pengamatan dunia nyata yang menguatkan akan diperlukan sebelum hipotesis itu dikonfirmasi.