Gli scienziati del MIT hanno sviluppato la simulazione più dettagliata di sempre dell’universo primordiale

Come siamo diventati? Come è stato creato l’universo? Queste sono domande che gli astrofisici hanno riflettuto ed esplorato per molti anni.

Ora, gli scienziati del MIT, dell’Università di Harvard e del Max Planck Institute for Astrophysics hanno sviluppato una visione dettagliata di come l’universo potrebbe essersi sviluppato dopo il big bang, secondo un comunicato stampa del MIT pubblicato giovedì.

Hanno chiamato la loro nuova simulazione Thesan in onore della dea etrusca dell’alba ed è progettata per ricreare il periodo di reionizzazione cosmica, un periodo misterioso che ha spesso lasciato perplessi gli astrofisici.

Domande di vecchia data

La simulazione viene utilizzata per rispondere a domande di vecchia data sul nostro universo, ad esempio quanto lontano potrebbe viaggiare la luce nell’universo primordiale e quali galassie erano responsabili della reionizzazione.

“Thesan funge da ponte verso l’universo primordiale”, ha affermato Aaron Smith, Einstein Fellow della NASA presso il Kavli Institute for Astrophysics and Space Research del MIT. “È destinato a fungere da controparte di simulazione ideale per le imminenti strutture di osservazione, che sono pronte a modificare radicalmente la nostra comprensione del cosmo”.

Il progetto è iniziato con un modello di formazione delle galassie che i ricercatori hanno precedentemente progettato, chiamato Illustris-TNG, che ha dimostrato di simulare accuratamente le proprietà e le popolazioni delle galassie in evoluzione. I team hanno quindi concepito un nuovo codice che illustrasse come la luce delle galassie e delle stelle interagiva e reionizzava il gas circostante.

“Thesan segue come la luce di queste prime galassie interagisce con il gas nel corso dei primi miliardi di anni e trasforma l’universo da neutro a ionizzato”, ha detto. Rahul Kannan dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “In questo modo, seguiamo automaticamente il processo di reionizzazione mentre si svolge”.

Ultimo ma non meno importante, il team ha incorporato un modello di polvere cosmica.

La visione più dettagliata della reionizzazione cosmica

Il risultato finale è una simulazione che produce la visione più dettagliata della reionizzazione cosmica, attraverso il più grande volume di spazio, di qualsiasi simulazione attualmente esistente. Ci sono molti modelli di simulazione oggi disponibili, ma modellano su grandi distanze a bassa risoluzione o offrono simulazioni più dettagliate che non coprono grandi volumi.

“Stiamo superando questi due approcci: abbiamo sia un grande volume che un’alta risoluzione”, Mark Vogelsberger, professore associato di fisica al MIT, ha concluso.

La simulazione video risultante è una clip affascinante che è divertente da guardare anche se non sei un astrofisico in grado di capirlo appieno. Lo studio è pubblicato sulla rivista Avvisi mensili della Royal Astronomical Society.

Estratto dello studio:

La visibilità delle galassie emittenti Lyman-alfa (LAE) ad alto spostamento verso il rosso fornisce importanti vincoli sui processi di formazione delle galassie e sull’Epoca di Reionizzazione (EoR). Tuttavia, la previsione di statistiche realistiche e rappresentative per il confronto con le osservazioni pone una sfida significativa nel contesto delle simulazioni cosmologiche di grandi volumi. Il progetto THESAN offre un quadro unico per affrontare tali limitazioni combinando la formazione di galassie all’avanguardia (IllustrisTNG) e modelli di polvere con il risolutore di radiazione-magneto-idrodinamica AREPO-RT. In questo studio iniziale, presentiamo l’analisi Lyman-alfa-centrica per la simulazione di punta che risolve gli aloni di raffreddamento atomico in un (95,5 cMpc)3 regione dell’Universo. Per evitare artefatti numerici, abbiamo ideato un nuovo metodo per un accurato trasferimento radiativo lineare dipendente dalla frequenza in presenza di flusso Hubble continuo, trasferibile anche ad applicazioni astrofisiche più ampie. Il nostro approccio scalabile evidenzia l’utilità dei LAE e della trasmissione dell’ala di smorzamento rossa come sonde di reionizzazione, che rivelano tendenze non banali attraverso diverse galassie, linee di vista e bande di frequenza che possono essere modellate nell’ambito delle frazioni di copertura. Infatti, dopo aver tenuto conto dei fattori ambientali che influenzano la formazione di bolle ionizzate su larga scala come il redshift e la magnitudine UV, la variazione tra le galassie e le linee di vista dipende principalmente da processi casuali tra cui velocità peculiari e sistemi di autoprotezione che hanno un forte impatto sui raggi sfortunati più di altri. In tutta l’EoR le profondità ottiche locali e cosmologiche sono spesso maggiori o minori dell’unità in modo tale che il comportamento exp (- τ) porti alla trasmissività anisotropa e bimodale. Le indagini future trarranno vantaggio dal prendere di mira sia gli oggetti luminosi rari che i LAE della zona Goldilocks per dedurre la presenza di questi (non) prevedibili (dis) vantaggi.

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