Questa simulazione Cosmic Dawn nasconde lo scopo futuro segreto di JWST

I ricercatori hanno modellato le prime luci dell’universo primordiale con una precisione sorprendente in quella che è stata descritta come una “grande svolta”.

Miliardi di anni fa, il Big Bang ha acceso il nostro universo. Questa enorme catastrofe cosmica ha trasformato il nostro mondo in una bolla di gas surriscaldati in rapida espansione. In pochi nanosecondi è nata una gigantesca bolla di gas in rapida espansione, riscaldata a oltre 100 miliardi di miliardi di gradi Celsius.

Ma questo era solo l’inizio di una lunga reazione a catena. Dopo questa massiccia esplosione, l’universo non ha preso immediatamente la forma che conosciamo oggi. Per generare tutta la materia, a cominciare dagli atomi che compongono gli attuali corpi celesti, doveva attraversare un periodo a volte indicato come “Anni oscuri“.

E c’era luce

Ciò corrisponde ad a lunga fase di raffreddamento che durò diverse centinaia di milioni di anni; A quel tempo, l’universo era tutto nero, perché non si sono ancora formate stelle capaci di illuminarle. E da quando si è formata questa teoria, molti astronomi e fisici hanno cercato di scoprirlo Come ha fatto l’universo a uscire da questo letargo?

Poi, enormi nubi di gas finirono per essere compresse sotto l’influenza delle rispettive forze gravitazionali; In alcuni punti, questa pressione si è rivelata abbastanza intensa da prendere fuoco, provocando la comparsa di La prima generazione di stelle.

Ma da quel momento, stimato in 13 miliardi di anni, queste antiche stelle hanno giocato un ruolo decisivo nella sequenza degli eventi attraverso un processo chiamato “RiunificazioneLe prime stelle hanno irradiato l’ambiente circostante fino a questo punto Per ionizzare tutti i materiali circostanti; Ciò significa che hanno spogliato gli atomi delle cariche elettriche, creando un caos cosmico su larga scala basato sulle particelle.

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Questo ha avuto un risultato molto tangibile. Gli atomi di idrogeno, che all’epoca erano quasi onnipresenti, furono convertiti in atomi di idrogeno ioni Carica positiva. Questo è un passaggio molto cruciale. Ho ereditato il soprannomealba cosmica“Nella letteratura scientifica, perché è questa ionizzazione che Permette alla luce di viaggiare ai quattro angoli dell’universo.

enorme modello di computer

Ma questo scenario ei suoi metodi sono ancora dibattuti in campo scientifico; Oggi è ancora molto difficile dire qualcosa con certezza quando si lavora su eventi così lontani nel tempo. Per studiare questo cambiamento critico, come spesso accade in questa disciplina, i ricercatori fanno affidamento Simulazione computerizzata.

Il problema è che questi sono molto complessi, ammettono i ricercatori. La reionizzazione, infatti, comporta reazioni”Troppo disordinato e complicato“, tra attori diversi e diversi come gravità, gas e radiazioni, inclusa la luce. Per simulare correttamente ciò, è necessario modellare questi Relazioni sensibili a vaste gamme e periodi di tempo.

Per questi motivi, sono pochi i laboratori al mondo che dispongono delle attrezzature per eseguire simulazioni di queste dimensioni. “La maggior parte degli astronomi non ha accesso a un laboratorio per eseguire tali esperimenti. Le scale del tempo e dello spazio sono molto grandiRahul Kanan, un astrofisico affiliato all’Università di Cambridge, spiega.

In particolare, la prestigiosa università è una delle poche istituzioni con le attrezzature e il cervello necessari per realizzare questo tipo di grande progetto. Questo è ciò che Kanaan e i suoi colleghi hanno cercato di fare.

Per raggiungere questo obiettivo, hanno cercato di combinare tre elementi grazie al supercomputer SuperMUC-NG. Una macchina formidabile non erano molte; I ricercatori stimano che questo lavoro potrebbe richiedere… di più 3500 anni per un normale computer. Un numero che mostra la complessità del problema.

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Armato di questo colosso computazionale, il team ha deciso di combinare una simulazione della polvere cosmica con l’attuale miglior modello di formazione delle galassie. Quindi hanno introdotto un “nuovo algoritmo” che “traccia come la luce interagisce con i gas”.

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Un compendio di miliardi di anni di cosmologia

E sembrava essere stata la ricetta giusta; Sono riusciti a produrre un modello doppiato Tessanosecondo Dea etrusca dell’alba. Questa è la prima simulazione coerente e su larga scala della reionizzazione; Rappresenta gli eventi cosmici che si verificano nella zona 300 milioni di anni luce Per molto tempo Diversi miliardi di anni. Le prime luci dell’universo non sono mai state così vicine!

Grazie a Thesan, i ricercatori sono stati in grado di visualizzare le interazioni dell’universo primordiale con un livello di dettaglio senza precedenti, mai visto prima. Un’occasione d’oro per scoprire dettagli affascinanti sulle caratteristiche del mondo in quel momento. In particolare, hanno potuto concentrarsi sull’illuminazione progressiva di questo universo di ebano nero.

È come l’acqua in una vaschetta per cubetti di ghiaccio”, spiega Aaron Smith, coautore dello studio.Ci vuole tempo, ma dopo un po’ i bordi si congelano e il gelato arriva al centro“Lui spiega.”Era lo stesso nell’universo primordiale. Era un universo oscuro neutro che si ionizzava e brillava quando la luce iniziò ad apparire dalle prime galassie“.

Questo modello giocherà un ruolo importante nel funzionamento del telescopio spaziale James Webb. © Nasa

Uno strumento al servizio del telescopio James Webb

E la cosa più interessante è che queste fantastiche immagini piene di effetti non sono state prodotte per divertimento. Al contrario: servirà come uno strumento di lavoro molto tangibile. Thesan formerà una coppia scioccante con il James Webb Space Telescope (JWST), il nuovo tesoro spaziale che sta attualmente completando i suoi ultimi preparativi.

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“Molti telescopi come il JWST sono stati progettati specificamente per studiare questa eraspiega Canaan. “È qui che entrano in gioco le nostre simulazioni; Aiuteranno a interpretare le osservazioni reali ea capire cosa vedremo‘, si propone. E la posta in gioco è troppo grande: ruota intorno Convalida del modello globale da cui dipende la nostra comprensione dell’universo, Solo quello!

È qui che diventa più interessante‘ Continua il suo collega Mark Vogelsberger.Le nostre simulazioni possono essere coerenti con le note JWST; In questo caso, ciò enfatizzerebbe l’importanza della nostra modellazione“Lui spiega.”Oppure potrebbe esserci una differenza significativa, che mostrerebbe che la nostra comprensione dell’universo primordiale è sbagliata. ! “

Ma non devi avere fretta; Le prime risposte non arriveranno immediatamente. Dovremo iniziare ad aspettare la messa in servizio finale del telescopio. Bisognerà poi aspettare che lui fissi il suo obiettivo sui primi gol; Per ora, la NASA si rifiuta ancora di comunicare l’identità del suo primo soggetto di studio, che resta da qualificare come “super segreto“.

Una volta compiuto questo passaggio, ogni voce deve essere contestualizzata e poi incorporata in nuovi paradigmi che a loro volta verranno paragonati a Thesan. Solo allora possono i ricercatori Finalmente ottenere alcune risposte a questa domanda cruciale. Basti dire che c’è ancora molta strada da fare. Ma intanto possiamo sempre consolarci con grandi lavori come questo… e con le attesissime prime immagini di JWST, che dovrebbero arrivarci tra qualche mese.

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