早期宇宙模拟视频发布：从黑暗时代到第一道曙光 _宇宙

早期宇宙模拟视频发布：从黑暗时代到第一道曙光
（）据科技日报（采访人员张梦然）：它看起来像萤火虫在黑暗中闪烁，慢慢地，越来越多，大块大块地点亮屏幕——这不是关于昆虫的视频，而是对早期宇宙的模拟。大爆炸之后的一段时间，宇宙从一个完全黑暗的地方转变为一个光彩照人的环境。这段令人惊叹的视频是《皇家天文学会月刊》接收的3篇论文中描述的一系列宇宙模拟成果的一部分。
该模拟视频由美国哈佛和史密森尼天体物理学中心、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建。这一成果代表了在模拟第一个星系形成和再电离过程方面取得的巨大进步，这一过程中，空间中的中性氢原子转化为带正电，使光在整个宇宙中传播。
被称为再电离时代的模拟时期发生在大约130亿年前，难以模拟重建的原因是，它涉及极其复杂、混乱的相互作用，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计算机上。研究人员利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。
研究团队此次模拟任务以伊特鲁里亚黎明女神Thesan命名，分析了早期宇宙中的相互作用，其内容是迄今最详细的，涵盖体积也最大，为早期星系的特性以及来自这些星系的光如何影响气体提供了前所未有的细节信息。
该团队将真实的星系形成模型与跟踪光与气体相互作用的新算法以及宇宙尘埃模型相结合，进行了对早期宇宙的模拟。借助Thesan，他们可模拟跨越3亿光年的宇宙的一部分。运行该模拟程序，能及时跟踪和可视化该空间内数十万个星系的首次出现和演化，从大爆炸后约40万年开始，直至最初的十亿年。
这些模拟是使用世界上最大的超级计算机之一的SuperMUC-NG耗时3000万CPU小时创建的。在普通计算机上完成相同的模拟需要3500多年。
研究团队解释说，创建这些模拟是为詹姆斯·韦布太空望远镜的观测做准备，而真实的望远镜观测数据很快将与Thesan模拟进行比较。
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（）据中国科学报（徐锐）：138亿年前的一场“大爆炸”，让壮丽的宇宙就此诞生。如今，美国麻省理工学院、哈佛大学，以及德国马克斯·普朗克太空物理学研究所的科学家开发出一种新的模拟方法——Thesan（伊特鲁里亚神话中的黎明女神），以模拟“宇宙黎明”特别是重建宇宙再电离过程，因为这一过程涉及极其复杂的相互作用，包括重力、气体和辐射之间的相互作用。相关研究近日发表于英国《皇家天文学会月刊》。
在“大爆炸”后的数亿年内，当物质在引力下聚集形成第一批恒星和星系时，宇宙“觉醒”了。第一批恒星发出的光把周围的气体变成了热的电离等离子体，这种被称为宇宙再电离的关键转变，使宇宙拥有了人们今天所看到的复杂结构。
Thesan将星系形成的真实模型与跟踪光与气体相互作用的新算法、宇宙尘埃模型相结合，以比之前任何模拟都大的容量揭示了这些相互作用。
有了Thesan，研究人员可以模拟一个跨越3亿光年的立方体宇宙。他们在时间轴上向前运行模拟，以追踪数十万个星系的首次出现和演化。
该团队通过精确测量“大爆炸”的遗留光线，设定了“大爆炸”后约40万年的初始条件。然后，他们利用世界上最大的超级计算机——SuperMUC-NG，产生了宇宙再电离的详细视图。
迄今为止，这些模拟与天文学家对早期宇宙的少数观测一致，并且已经开始揭示某些奥秘，比如光在早期宇宙中可以传播多远，以及哪些星系负责再电离。
对这些模拟的初步分析表明，在宇宙再电离即将结束时，光能传播的距离比科学家先前假设的要远得多。
此外，研究人员还发现了导致再电离的星系类型的线索。他们发现，星系的质量似乎会影响再电离过程。而韦布空间望远镜和其他天文台进行的更多观测将有助于确定这些主要星系。
“Thesan是通向早期宇宙的桥梁。”麻省理工学院卡夫利天体物理和空间研究所的Aaron Smith说，“它旨在为即将上线的观测设施提供理想的模拟，这些设施将从根本上改变我们对宇宙的理解。”
相关论文信息：https://doi.org/10.1093/mnras/stac713