Sciencemag.cz
Doporučujeme
Asi před 13 miliardami let, tedy cca 400 milionů let po velkém třesku, nastala tzv. éra reionizace vesmíru. Mezihvězdné prostředí se tehdy ionizovalo ultrafialovým zářením, které vydávaly první hvězdy v nejstarších právě vznikajících a rostoucích galaxiích. Pochopení fyziky tohoto úseku kosmology a další vědce samozřejmě zajímá, minimálně proto, že období reionizace propojuje moderní vesmír s ještě starší a podstatně odlišnou minulostí, kdy byl celý prostor vyplněn téměř homogenním plynem.
Přímé pozorování vzdálených zdrojů z éry reionizace je náročné a detekce jsou zatím omezeny na nejjasnější galaxie. Fyzikové proto ve velkém využívají počítačové simulace. Teoretický astrofyzik Paul Shapiro z University of Texas (Austin) nedávno na zasedání Americké fyzikální společnosti představil výsledky projektu Cosmic Dawn III (CoDa), což je dosud největší tzv. radiačně-hydrodynamická simulace období reionizace.
CoDa III vyžadovala opravdu vysoký výpočetní výkon daleko za hranicemi běžných počítačů. Zahrnovala bilion (trillion) základních objektů – 81 923 částic temné hmoty a 81 923 buněk plynu a záření v oblasti o průměru 300 milionů dnešních světelných let. Model měl dostatečně vysoké rozlišení, aby mohl sledovat všechna nově vznikající galaktická hala, která v tomto objemu způsobovala reionizaci. Simulace probíhala 10 dní na 131 072 procesorech spojených s 24 576 grafickými procesory na masivně paralelním superpočítači Summit, který se nachází v Oak Ridge National Laboratory v Tennessee.
Sledování vývoje vzniku galaxií a reionizace vyžaduje zohlednění procesu vzájemné zpětné vazby: ionizující záření, které unikalo z galaxií, ohřívalo mezigalaktické prostředí. Toto dodatečné teplo zase stlačovalo plyn natolik, že odolal gravitačnímu působení blízkých galaxií. Protože plyn by jinak poháněl vznik hvězd, čistým výsledkem tohoto procesu je zbrzdění vzniku nových hvězd. Předchozí modely tyto efekty oddělovaly, ale CoDa III dokázala simulovat gravitační dynamiku plynu a hmoty dohromady a zároveň zohlednit ionizující záření a jeho vliv na plyn. (Poznámka: Bez zahrnutí zpětné vazby se musí postupovat jen po malých časových krůčcích, v nichž se předpokládají nepříliš změněné podmínky, jinak už výsledky budou hodně nerealistické.)
P. Shapiro uvedl, že simulace CoDa III vyřešila dosavadní nesoulad mezi teorií a pozorovanými údaji. Teoretické předpovědi předchozích modelů nejsou v souladu s pozorováními absorpčních spekter kvasarů z konce období reionizace. V CoDa III simulace vytvořily předpovědi, které se s nejnovějšími pozorováními shodují.
Zdroj: American Physical Society / Phys.org
