Los campos de la astronomía y la astrofísica están a punto de revolucionar en los próximos años.Gracias al mismo observatorio de última generaciónTelescopio espacial James Webb(JWST), los científicos finalmente podrán presenciar la formación de las primeras estrellas y galaxias en el espacio.De hecho, serían capaces de romper el velo de una edad oscura cósmica que duró entre 370.000 y 1.000 millones de años después del Big Bang.
Durante este tiempo, el universo se llenó de nubes de hidrógeno neutro y fotones separados que los astrónomos no podían ver.Anticipándose a lo que verán los astrónomos, los investigadoresCentro Harvard Smithsonian de Astrofísica(CfA),Instituto de Tecnología de Massachusetts(MIT), yInstituto Max Planck de Astrofísica(MPIA) ha creado un nuevo conjunto de simulaciones.montañaSimula el período más temprano de formación de galaxias.
La creación de la familia Thesan y los resultados obtenidos por el equipo se describen en una serie de tres artículos aprobados recientemente en Monthly Notices de la Royal Astronomical Society.Las simulaciones se crearon utilizando:SuperMUC-NGsupercomputadora ubicada enCentro de Supercomputación Leibnizde la Academia de Ciencias de Baviera.Este proceso tomó más de 30 millones de horas de CPU y habría tomado más de 3500 años en completarse en una computadora convencional.
Cubiertas de simulación:La era de la reionización(hace unos 13 mil millones de años).Durante este período cósmico, los átomos de hidrógeno neutro se ionizaron para formar átomos de hidrógeno positivos, que difundieron la luz por todo el universo.Simular este período no fue tarea fácil. Porque teníamos que reproducir las interacciones increíblemente complejas y caóticas de la gravedad, el gas, la radiación y más.También significó capturar la física a una escala un millón de veces más pequeña que el área simulada.
El equipo logró esto al combinar un nuevo algoritmo que rastrea cómo la luz interactúa con el gas con modelos realistas de formación de galaxias y polvo cósmico.Esto les permitió resolver las interacciones del universo primitivo con un detalle sin precedentes y el mayor volumen de simulaciones anteriores.me gustaraul khannan, astrofísico de CfA y autor principal del primer artículo de esta serie, explicó:
“La mayoría de los astrónomos no tienen un laboratorio para realizar sus experimentos. La escala del espacio-tiempo es tan grande que las computadoras son la única forma de experimentar.Podemos usar ecuaciones físicas básicas y modelos teóricos dominantes para simular lo que sucedió en el universo primitivo”.
“Muchos telescopios disponibles en línea, como el JWST, están diseñados específicamente para estudiar esta era.Ahí es donde entra nuestra simulación.Nos ayudarán a interpretar las observaciones reales de este período y comprender lo que estamos viendo”.
Este nuevo conjunto de simulaciones permite a los investigadores simular partes de nuestro universo que tienen 300 millones de años luz de diámetro.Luego pueden avanzar en el tiempo para rastrear y visualizar la formación de las primeras galaxias en este espacio, comenzando unos 400.000 años después del Big Bang, y observar cómo evolucionaron durante los primeros mil millones de años.Cuando el equipo ejecutó las simulaciones, descubrió que la transición de la oscuridad total a la luz era gradual.
El coautor del estudio, Aaron Smith, miembro de la NASA Einstein en el Laboratorio de Investigación Astrofísica y Espacial Kabli del MIT, dijo:
“Es como agua en una bandeja de hielo.Ponerlo en el congelador llevará algún tiempo, pero después de un tiempo los bordes comenzarán a congelarse y entrarán lentamente. Esta era la misma situación en el universo primitivo. A medida que el universo neutral y oscuro se iluminaba, se ionizaba cuando la luz comenzaba a emerger de las primeras galaxias”.
La simulación se creó para preparar observaciones de telescopios de próxima generación como James Webb.nancy gracia romano, Ytelescopio espacial de origen.Junto con los telescopios terrestres como el Extremely Large Telescope (ELT) y el Giant Magellan Telescope (GMT), estos observatorios pueden viajar más profundo en el espacio y (por lo tanto) retroceder en el tiempo más que nunca.De hecho, se estima que James Webb pudo ver el universo como se veía hace 13.500 millones de años.
El registro más distante de un solo objeto se registra actualmente para la estrella Eärendel, que existió hace 12.900 millones de años.Para las galaxias, el récord es de GN-z11, una galaxia que existió en la constelación de la Osa Mayor hace 13.390 millones de años.Lo que es particularmente interesante es que la astronomía no tiene que esperar mucho para que las observaciones y los datos reales del telescopio se comparen con las simulaciones de Thesan.
“Esa es la parte interesante”, dijo el coautor Mark Vogelsberger, profesor asociado de física en el MIT.“Nuestras simulaciones y modelos San confirmarán nuestra imagen del universo de acuerdo con lo que encontró JWST. De lo contrario, habrá discrepancias significativas que mostrarán que nuestra comprensión del universo primitivo es incorrecta”.
Sin embargo, el equipo no sabrá cómo su modelo se superpone con la realidad hasta que las primeras observaciones estén disponibles.Una vez que lo hagan, intentarán hacer coincidir varios aspectos del modelo de observación, incluida la absorción y el escape de la luz en el universo primitivo con las propiedades de las galaxias primitivas.A partir de esto, finalmente sabremos cómo y cuándo se eliminaron las Edades Oscuras.
“Desarrollamos la simulación basándonos en lo que sabemos”, dice Kannan.“Pero si bien la comunidad científica ha aprendido mucho en los últimos años, todavía hay algunas incertidumbres, especialmente en los primeros días cuando el universo era muy joven”.
Durante generaciones, los astrónomos han estado esperando el día para realizar las primeras observaciones del universo y ver cómo comenzó todo.Cuando se combina con observaciones de cómo ha evolucionado el universo desde que los científicos finalmente pudieron abordar algunos de los misterios más profundos del universo.¡Es emocionante saber que un día así está a la vuelta de la esquina!
Y echa un vistazo a esta vista en 3D de la simulación de San.Echa un vistazo a más simulaciones.página de youtube!
Otras lecturas:Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica