Forschende am MIT, in Harvard und an Partnerinstituten stellen mit Lumina eine Simulation der ersten zwei Milliarden Jahre des Universums vor. Das MIT berichtete am 26. Oktober darüber, zeitgleich mit der Veröffentlichung in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Das Modell ermöglicht Prüfungen, wie frühe Galaxien das Gas ihrer Umgebung veränderten.
Laut Fachartikel verfolgt Lumina dunkle Materie, Gas und Strahlung in einem Würfel mit 500 Megaparsec Kantenlänge. Die Koordinaten berücksichtigen die kosmische Ausdehnung. Nach Angaben des Smithsonian ist das Volumen mehr als 100-mal größer als bei früheren vergleichbaren Simulationen. Entscheidend ist die Verbindung einer riesigen Region mit genügend Details für die Untersuchung entstehender Galaxien.
Das Team führte die Berechnungen auf dem Supercomputer Frontier am Oak Ridge National Laboratory in Tennessee durch. Laut MIT beginnt die Simulation ungefähr 45 Millionen Jahre nach dem Urknall. Sie verfolgt, wie Materie Strukturen bildet und Strahlung durch Gas wandert. So verknüpft sie die Entstehung von Galaxien mit Veränderungen im umgebenden Universum.
Im Mittelpunkt steht die Reionisierung, bei der Strahlung Elektronen aus Atomen oder Ionen löst. Die Studie verbindet diesen Vorgang bei Wasserstoff hauptsächlich mit frühen Sternen und Galaxien. Energiereiche Strahlung aktiv Materie aufnehmender schwarzer Löcher entfernt später das verbleibende Elektron aus einfach ionisiertem Helium. Beide Phasen zu modellieren hilft, Veränderungen und Erwärmung des kosmischen Gases zu untersuchen.
Laut Smithsonian sollen Teleskopbeobachtungen die Vorhersagen überprüfen. Es handelt sich um simulierte Abläufe, nicht um direkte Aufnahmen des frühen Universums. Der Fachartikel nennt Grenzen, darunter die fehlende Modellierung der ersten metallfreien Sternpopulation. Künftige Arbeiten untersuchen Gasströme und kosmische Strukturen. Sie sollen zeigen, wo Berechnungen und Beobachtungen übereinstimmen und wo Verbesserungen nötig sind.
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