早期宇宙模擬視頻發布：從黑暗時代到第一道曙光
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早期宇宙模擬視頻發布：從黑暗時代到第一道曙光
（神秘的早期地球uux.cn報道）據科技日報（記者 張夢然）：它看起來像螢火蟲在黑暗中閃爍，慢慢地，宇宙越來越多，模擬大塊大塊地點亮屏幕——這不是視頻曙光關于昆蟲的視頻，而是發布對早期宇宙的模擬。大爆炸之后的從黑一段時間，宇宙從一個完全黑暗的代到第道地方轉變為一個光彩照人的環境。這段令人驚嘆的早期視頻是《皇家天文學會月刊》接收的3篇論文中描述的一系列宇宙模擬成果的一部分。
該模擬視頻由美國哈佛和史密森尼天體物理學中心、宇宙麻省理工學院和德國馬克斯·普朗克天體物理研究所共同創建。模擬這一成果代表了在模擬第一個星系形成和再電離過程方面取得的視頻曙光巨大進步，這一過程中，發布空間中的從黑中性氫原子轉化為帶正電，使光在整個宇宙中傳播。代到第道
被稱為再電離時代的早期模擬時期發生在大約130億年前，難以模擬重建的原因是，它涉及極其復雜、混亂的相互作用，包括重力、氣體和輻射或光之間的相互作用。大多數天文學家做實驗的唯一方法是在計算機上。研究人員利用基本的物理方程和控制理論模型來模擬早期宇宙中發生的事情。
研究團隊此次模擬任務以伊特魯里亞黎明女神Thesan命名，分析了早期宇宙中的相互作用，其內容是迄今最詳細的，涵蓋體積也最大，為早期星系的特性以及來自這些星系的光如何影響氣體提供了前所未有的細節信息。
該團隊將真實的星系形成模型與跟蹤光與氣體相互作用的新算法以及宇宙塵埃模型相結合，進行了對早期宇宙的模擬。借助Thesan，他們可模擬跨越3億光年的宇宙的一部分。運行該模擬程序，能及時跟蹤和可視化該空間內數十萬個星系的首次出現和演化，從大爆炸后約40萬年開始，直至最初的十億年。
這些模擬是使用世界上最大的超級計算機之一的SuperMUC-NG耗時3000萬CPU小時創建的。在普通計算機上完成相同的模擬需要3500多年。
研究團隊解釋說，創建這些模擬是為詹姆斯·韋布太空望遠鏡的觀測做準備，而真實的望遠鏡觀測數據很快將與Thesan模擬進行比較。
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（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學報（徐銳）：138億年前的一場“大爆炸”，讓壯麗的宇宙就此誕生。如今，美國麻省理工學院、哈佛大學，以及德國馬克斯·普朗克太空物理學研究所的科學家開發出一種新的模擬方法——Thesan（伊特魯里亞神話中的黎明女神），以模擬“宇宙黎明”特別是重建宇宙再電離過程，因為這一過程涉及極其復雜的相互作用，包括重力、氣體和輻射之間的相互作用。相關研究近日發表于英國《皇家天文學會月刊》。
在“大爆炸”后的數億年內，當物質在引力下聚集形成第一批恒星和星系時，宇宙“覺醒”了。第一批恒星發出的光把周圍的氣體變成了熱的電離等離子體，這種被稱為宇宙再電離的關鍵轉變，使宇宙擁有了人們今天所看到的復雜結構。
Thesan將星系形成的真實模型與跟蹤光與氣體相互作用的新算法、宇宙塵埃模型相結合，以比之前任何模擬都大的容量揭示了這些相互作用。
有了Thesan，研究人員可以模擬一個跨越3億光年的立方體宇宙。他們在時間軸上向前運行模擬，以追蹤數十萬個星系的首次出現和演化。
該團隊通過精確測量“大爆炸”的遺留光線，設定了“大爆炸”后約40萬年的初始條件。然后，他們利用世界上最大的超級計算機——SuperMUC-NG，產生了宇宙再電離的詳細視圖。
迄今為止，這些模擬與天文學家對早期宇宙的少數觀測一致，并且已經開始揭示某些奧秘，比如光在早期宇宙中可以傳播多遠，以及哪些星系負責再電離。
對這些模擬的初步分析表明，在宇宙再電離即將結束時，光能傳播的距離比科學家先前假設的要遠得多。
此外，研究人員還發現了導致再電離的星系類型的線索。他們發現，星系的質量似乎會影響再電離過程。而韋布空間望遠鏡和其他天文臺進行的更多觀測將有助于確定這些主要星系。
“Thesan是通向早期宇宙的橋梁。”麻省理工學院卡夫利天體物理和空間研究所的Aaron Smith說，“它旨在為即將上線的觀測設施提供理想的模擬，這些設施將從根本上改變我們對宇宙的理解。”
相關論文信息：https://doi.org/10.1093/mnras/stac713