Астрофизики смоделировали эволюцию Вселенной в объеме 1,5 млрд световых лет в проекте Lumina

Астрофизики из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики представили проект Lumina — радиационно-гидродинамическое моделирование первых 2 миллиардов лет развития Вселенной до красного смещения z=3 oup.comMonthly Notices of the Royal Astronomical Societyoup.comОткрыть источник ↗. Результаты исследования опубликованы в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Расчет охватывает сопутствующий кубический объем с длиной ребра 500 сМпк (около 1,5 млрд световых лет) и был выполнен на суперкомпьютере Frontier в Ок-Риджской национальной лаборатории с задействованием более 15 000 графических процессоров.

Архитектура расчета и параметры разрешения

Для моделирования авторы использовали гидродинамический код с подвижной сеткой AREPO, объединив физическую модель формирования галактик IllustrisTNG с ускоренным на GPU солвером переноса излучения M1 в шести частотных диапазонах. Сетка включает 2 × 6000³ элементов, что обеспечивает разрешение по массе 3,6 × 10⁶ масс Солнца для барионной материи и 1,9 × 10⁷ масс Солнца для темной материи. В начальных условиях применены раздельные передаточные функции для барионов и темной материи с учетом их относительной скорости потока.

Динамика реионизации межгалактической среды

Модель Lumina воспроизвела самосогласованную эволюцию межгалактической среды, галактик и активных галактических ядер при реионизации водорода и гелия. Расчет показал позднее завершение реионизации водорода под действием излучения звезд: медианный объем полностью ионизируется к z ≈ 5,2, а остаточные нейтральные области сохраняются до z ≈ 4,75. Реионизация гелия (He II), управляемая активными галактическими ядрами, практически завершается к z = 3 и сопровождается поздним термическим нагревом среды. Оптическая толщина томсоновского рассеяния в симуляции совпала с данными обсерватории Planck.