Les scientifiques du MIT ont développé la simulation la plus détaillée de l’univers primitif jamais réalisée

Comment sommes-nous venus? Comment l’univers a-t-il été créé ? Ce sont des questions que les astrophysiciens ont réfléchies et explorées pendant de nombreuses années.

Maintenant, des scientifiques du MIT, de l’Université de Harvard et de l’Institut Max Planck d’astrophysique ont développé une vision détaillée de la façon dont l’univers a pu se dérouler après le big bang, selon un communiqué de presse publié par le MIT publié jeudi.

Ils ont nommé leur nouvelle simulation Thesan d’après la déesse étrusque de l’aube et elle est conçue pour recréer la période de réionisation cosmique, une période mystérieuse qui a souvent laissé perplexe les astrophysiciens.

Des questions de longue date

La simulation est utilisée pour répondre à des questions de longue date sur notre univers, telles que la distance parcourue par la lumière dans l’univers primitif et quelles galaxies étaient responsables de la réionisation.

“Thesan agit comme un pont vers l’univers primitif”, a déclaré Aaron Smith, un boursier Einstein de la NASA à l’Institut Kavli d’astrophysique et de recherche spatiale du MIT. “Il est destiné à servir de contrepartie de simulation idéale pour les installations d’observation à venir, qui sont sur le point de modifier fondamentalement notre compréhension du cosmos.”

Le projet a commencé avec un modèle de formation de galaxies que les chercheurs ont précédemment conçu, appelé Illustris-TNG, qui simule avec précision les propriétés et les populations de galaxies en évolution. Les équipes ont alors conçu un nouveau code qui illustrerait comment la lumière des galaxies et des étoiles interagissait avec et réionisait le gaz environnant.

“Thesan suit comment la lumière de ces premières galaxies interagit avec le gaz au cours du premier milliard d’années et transforme l’univers de neutre à ionisé”, a déclaré Rahul Kannan du Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics. “De cette façon, nous suivons automatiquement le processus de réionisation au fur et à mesure qu’il se déroule.”

Enfin, l’équipe a incorporé un modèle de poussière cosmique.

La vue la plus détaillée de la réionisation cosmique

Le résultat final est une simulation qui produit la vue la plus détaillée de la réionisation cosmique, à travers le plus grand volume d’espace, de toutes les simulations existantes. De nombreux modèles de simulation sont disponibles aujourd’hui, mais ils modélisent sur de grandes distances à faible résolution ou offrent des simulations plus détaillées qui ne couvrent pas de grands volumes.

“Nous combinons ces deux approches : nous avons à la fois un grand volume et une haute résolution”, Mark Vogelsberger, professeur agrégé de physique au MIT, a conclu.

La simulation vidéo qui en résulte est un clip fascinant qui est divertissant à regarder même si vous n’êtes pas un astrophysicien capable de le comprendre pleinement. L’étude est publiée dans la revue Avis mensuels de la Royal Astronomical Society.

Résumé de l’étude :

La visibilité des galaxies émettrices Lyman-alpha à haut décalage vers le rouge (LAE) fournit des contraintes importantes sur les processus de formation des galaxies et l’époque de réionisation (EoR). Cependant, prédire des statistiques réalistes et représentatives pour les comparer aux observations représente un défi important dans le contexte de simulations cosmologiques à grand volume. Le projet THESAN offre un cadre unique pour répondre à ces limitations en combinant des modèles de pointe de formation de galaxies (IllustrisTNG) et de poussière avec le solveur de rayonnement-magnéto-hydrodynamique AREPO-RT. Dans cette étude initiale, nous présentons l’analyse centrée Lyman-alpha pour la simulation phare qui résout les halos de refroidissement atomique à travers un (95,5 cMpc)3 région de l’Univers. Pour éviter les artefacts numériques, nous concevons une nouvelle méthode de transfert radiatif précis en fonction de la fréquence en présence d’un flux continu de Hubble, transférable également à des applications astrophysiques plus larges. Notre approche évolutive met en évidence l’utilité des LAE et de la transmission de l’aile d’amortissement rouge en tant que sondes de réionisation, qui révèlent des tendances non triviales à travers différentes galaxies, lignes de visée et bandes de fréquences qui peuvent être modélisées dans le cadre des fractions de couverture. En fait, après avoir pris en compte les facteurs environnementaux influençant la formation de bulles ionisées à grande échelle, tels que le décalage vers le rouge et la magnitude des UV, la variation entre les galaxies et les lignes de visée dépend principalement de processus aléatoires, notamment des vitesses particulières et des systèmes auto-protégés qui ont un impact plus fort que d’autres sur les rayons malheureux. Tout au long de l’EoR, les profondeurs optiques locales et cosmologiques sont souvent supérieures ou inférieures à l’unité, de sorte que le comportement exp (- τ) conduit à une transmissivité anisotrope et bimodale. Les futures enquêtes bénéficieront en ciblant à la fois les objets brillants rares et les LAE de la zone Goldilocks pour déduire la présence de ces (non) prévisibles (dés)avantages.

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