Una nuova simulazione al computer chiamata Lumina modella l’Universo da 50 a 200 milioni di anni dopo il Big Bang, ricostruendo come le prime stelle e i buchi neri abbiano contribuito a porre fine all’era cosmica oscura. Il lavoro è stato pubblicato nel numero di novembre del Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
L’era cosmica oscura ebbe inizio quando l’Universo si raffreddò abbastanza da permettere agli elettroni di combinarsi con l’idrogeno e l’elio, formando gas neutro. Poiché non c’erano ancora stelle o galassie a produrre luce, il cosmo primordiale entrò in un periodo oscuro che gli scienziati comprendono meno a fondo rispetto al Big Bang e alle sue conseguenze immediate.
Lumina segue l’epoca della reionizzazione, durante la quale la radiazione strappò elettroni all’idrogeno e all’elio. Il processo si svolse in modo disomogeneo: le prime stelle potevano ionizzare l’idrogeno e rimuovere un elettrone dall’elio, mentre per strappare il secondo elettrone dell’elio era necessaria la radiazione proveniente dai buchi neri supermassicci in formazione. La simulazione mostra bolle ionizzate che crescono intorno a grandi strutture, mentre vaste regioni rimangono neutre.
Secondo i ricercatori, Lumina è una delle simulazioni più estese e dettagliate di questo periodo. Si estende per 1,5 miliardi di anni luce su ciascun lato e comprende 200 milioni di galassie, permettendo al contempo ai ricercatori di esaminare lo sviluppo di singole galassie. In base alla dichiarazione del progetto, il suo volume è oltre 100 volte superiore a quello di simulazioni comparabili.
Il gruppo ha utilizzato il supercomputer Frontier dell’Oak Ridge National Laboratory per creare il modello. Il progetto ha richiesto circa 600 terabyte di memoria e ha impiegato all’incirca sei mesi per essere completato. Le sue dimensioni e il livello di dettaglio dovrebbero aiutare gli scienziati a mettere alla prova le teorie confrontandole con le osservazioni del James Webb Space Telescope e del Nancy Grace Roman Space Telescope.
L’autore principale Oliver Zier, astrofisico computazionale presso il Center for Astrophysics, Harvard & Smithsonian, ha affermato che il confronto tra le osservazioni dei telescopi e le simulazioni potrebbe aiutare i ricercatori a studiare il numero, inaspettatamente elevato, di galassie brillanti osservate nell’Universo primordiale. JWST può esaminare nel dettaglio singoli oggetti, mentre si prevede che Roman analizzerà aree di cielo molto più estese e individuerà campioni più ampi di galassie rare e brillanti.
Lumina si basa su precedenti modelli computerizzati del cosmo, tra cui IllustrisTNG, che ha fornito le fondamenta del progetto. I ricercatori sperano che la simulazione aiuti gli astronomi a comprendere meglio come si siano formate le prime strutture luminose e come l’Universo sia emerso dal suo lungo periodo di oscurità.
Fonti: Smithsonian Magazine.