Thesan的第一个十亿年的模拟 帮助解释了辐射是如何塑造早期宇宙的

　　Thesan以黎明女神命名的第一个十亿年的模拟帮助解释了辐射是如何塑造早期宇宙的。这一切都始于大约 138 亿年前，一场巨大的宇宙“爆炸”使宇宙突然而壮观地出现。不久之后，婴儿宇宙急剧冷却并完全变暗。然后，在大爆炸之后的几亿年内，宇宙苏醒了，因为引力将物质聚集到了第一批恒星和星系中。这些第一批恒星发出的光将周围的气体变成了炽热的电离等离子体——一种被称为宇宙再电离的关键转变，将宇宙推向了我们今天所看到的复杂结构。

　　现在，科学家们可以通过麻省理工学院、哈佛大学和马克斯普朗克天体物理研究所的科学家开发的一种名为 Thesan 的新模拟来详细了解宇宙在这个关键时期可能是如何展开的。

　　Thesan 以伊特鲁里亚黎明女神的名字命名，旨在模拟“宇宙黎明”，特别是宇宙再电离，这是一个难以重建的时期，因为它涉及极其复杂、混乱的相互作用，包括重力、气体、和辐射。

　　Thesan 模拟以最详细的方式解决了这些交互，并且在任何以前的模拟中都具有最大的体积。它通过将星系形成的现实模型与跟踪光如何与气体相互作用的新算法以及宇宙尘埃模型相结合来实现这一点。

　　借助 Thesan，研究人员可以模拟跨越 3 亿光年的立方体积的宇宙。他们及时运行模拟，以跟踪该空间内数十万个星系的首次出现和演化，从大爆炸后约 40 万年开始，一直持续到最初的十亿年。

　　到目前为止，这些模拟与天文学家对早期宇宙的少数观测结果一致。随着对这一时期的更多观测，例如新发射的詹姆斯韦伯太空望远镜，Thesan 可能有助于将这些观测置于宇宙背景中。

　　目前，模拟开始揭示某些过程，例如光在早期宇宙中可以传播多远，以及哪些星系导致了再电离。

　　Smith 和 MIT 物理学副教授 Mark Vogelsberger、哈佛-史密森尼天体物理中心的 Rahul Kannan 和 Max Planck 的 Enrico Garaldi 通过三篇论文介绍了 Thesan 模拟。

　　跟随光

　　在宇宙再电离的最初阶段，宇宙是一个黑暗而均匀的空间。对于物理学家来说，这些早期“黑暗时代”的宇宙演化相对容易计算。

　　为了完全模拟宇宙再电离，该团队试图包括尽可能多的早期宇宙的主要成分。他们从他们的团队之前开发的一个成功的星系形成模型开始，称为Illustris-TNG，该模型已被证明可以准确地模拟演化星系的性质和种群。然后，他们开发了一个新代码来整合来自星系和恒星的光如何与周围的气体相互作用并重新电离——这是一个极其复杂的过程，其他模拟无法大规模准确地再现。

　　最后，该团队包括了一个宇宙尘埃的初步模型——这是模拟早期宇宙所独有的另一个特征。这个早期模型旨在描述微小物质颗粒如何影响早期稀疏宇宙中星系的形成。

　　宇宙桥

　　有了模拟的成分，该团队根据对大爆炸遗迹光的精确测量，设定了大爆炸后约 400,000 年的初始条件。然后，他们使用 SuperMUC-NG 机器（世界上最大的超级计算机之一）及时改进这些条件以模拟宇宙的一小块区域，该机器同时利用 60,000 个计算核心在相当于 3000 万个 CPU 上执行 Thesan 的计算小时（在单个桌面上运行需要 3,500 年的努力）。

　　模拟已经产生了最详细的宇宙再电离视图，在最大的空间体积内，任何现有的模拟。虽然一些模拟跨越大距离进行建模，但它们以相对较低的分辨率进行，而其他更详细的模拟不跨越大体积。

　　对模拟的早期分析表明，在宇宙再电离结束时，光能够传播的距离比科学家之前假设的要显着增加。

　　研究人员还看到了负责驱动再电离的星系类型的线索。星系的质量似乎会影响再电离，尽管研究小组表示，詹姆斯韦伯和其他天文台进行的更多观测将有助于确定这些主要星系。

　　“在模拟宇宙再电离中有很多活动的部分。”Vogelsberger 总结道。“当我们可以将所有这些放在某种机器中并开始运行它并产生一个动态的宇宙时，这对我们所有人来说都是一个非常有意义的时刻。”