Новая симуляция Lumina показала, как зажглись первые галактики после «тёмных веков» Вселенной
Учёные получили новое представление о том, как возникли первые галактики. В впечатляющей новой симуляции исследователи воссоздали последствия «тёмных веков» Вселенной, включая появление первых галактик, которые начали светиться примерно через 380 000 лет после Большого взрыва.
Программа Lumina, стоящая за симуляцией, охватывает 2 миллиарда лет космического времени и представляет значительную часть 13,8-миллиардной истории нашей Вселенной. Результаты были опубликованы в понедельник (26 октября) в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
«Другие симуляции не могут приблизиться настолько, — сказал в заявлении соавтор исследования Марк Фогельсбергер, профессор физики MIT. — Разница между наименьшими и наибольшими масштабами, которые мы моделируем, больше, чем в любой другой симуляции».
Видео, опубликованное вместе со статьёй, показывает, что увидели учёные. Команда приблизилась к области шириной примерно 1,6 миллиарда световых лет, чтобы узнать больше о том, как компоненты космоса создают галактики.
Зажигая космические тёмные века
В самые ранние годы нашей Вселенной постепенно накапливался туман нейтральных атомов водорода, блокирующий свет первых звёзд. Водород служил «саваном» и не позволял свету стать видимым, пока не начали формироваться галактики. Этот древний, окутанный период известен как Космические тёмные века.
Видео начинается в середине этой эпохи, примерно через 45 миллионов лет после Большого взрыва. Приближаясь к небольшой части смоделированной Вселенной, оно медленно показывает газовое гало, уступающее место молодым галактикам, ярко сияющим внутри него. В расчёты включены тёмная материя, звёзды, газ и излучение — всё, что способствует возвращению космического света.
«Мы видим, что именно здесь формируются первые галактики, — сказал в заявлении первый автор Оливер Зир, бывший постдокторант и вычислительный астрофизик в MIT, ныне работающий в Гарвардском университете. — И первые звёзды формируются в этих первых галактиках. Эти звёзды затем создают излучение. Симуляция отслеживает это излучение, и мы можем сильно отдалиться, чтобы увидеть, как это излучение распространяется от звёзд через Вселенную, пока в какой-то момент не ионизирует часть нейтрального водорода».
Lumina стремится продемонстрировать два явления, ключевых для истории молодой Вселенной: реионизацию водорода и реионизацию гелия — впервые для программы такого рода. Реионизация описывает, как межгалактическая среда, или область между галактиками, изменилась от нейтрального водорода к отрицательно заряженным ионам.
Реионизация водорода произошла, когда ультрафиолетовый свет молодых звёзд и галактик ударил по водороду, отрывая отрицательно заряженные электроны от молекул водорода — процесс, который также позволил свету пробиться сквозь туман. Реионизация гелия произошла, когда сверхмассивные чёрные дыры, обладающие огромной энергией, разорвали нейтральные молекулы гелия.
Команда заявила, что симуляция в конечном итоге может быть использована для проверки телескопических наблюдений ранней Вселенной, особенно тех, что сосредоточены на картографировании множества галактик одновременно.
Источники: Live Science; Zier, O., Smith, A., Shen, X., Liu, R., Kannan, R., Koehler, S. M., Springel, V., Pakmor, R., Vogelsberger, M., Bulichi, T., & Hernquist, L. (2026). Introducing the lumina project: large-volume radiation-hydrodynamic simulations of the epochs of hydrogen and helium reionization. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 552(4). https://doi.org/10.1093/mnras/stag1469
