Od światła do rejonizacji

W kwestii ery rejonizacji astrofizyka nadal nie ma odpowiedzi na szereg pytań, np. dotyczących właściwości pierwszych galaktyk, które doprowadziły do jonizacji gazu kosmicznego i powstania ubogich w metale gwiazd. Zrozumienie tego procesu pociągnie za sobą dalekosiężne skutki dla badań nad ewolucją struktury wczesnego wszechświata.

Prowadzone są obecnie intensywne badania, mające przyczynić się do poznania procesów fizycznych, które zapoczątkowały tę erę oraz doprowadziły w konsekwencji do formowania się struktury wszechświata. Niestety dane obserwacyjne, które mogłyby poprzeć zaproponowane scenariusze, są nadal bardzo znikome.

Naukowcy pracujący w ramach finansowanego ze środków UE projektu PROFESSOR (The sources of reionization) wykorzystali nowe numeryczne podejście, aby przeprowadzić symulację procesu rejonizacji. Symulacje dotyczyły gromadzenia się gazów w pierwszych galaktykach oraz procesu powstawia ubogich w metale gwiazd wewnątrz tych galaktyk.

Obiekty te emitowały promieniowanie ultrafioletowe, które tworzyło wokół nich zjonizowane obszary. Po powstaniu odpowiedniej liczby źródeł jonizujących, wodór we wszechświecie stał się w pełni zjonizowany. Do symulacji propagacji promieniowania jonizującego naukowcy wykorzystali kod transportu fotonów w stożkach (TRAPHIC).

Kod TRAPHIC został użyty w symulacjach radiologiczno-hydrodynamicznych śledzących promieniowanie w bardzo dużym zakresie skali oraz dużą liczbę źródeł jonizujących. Symulacje przeprowadzono na superkomputerze Supermuc w Leibniz Rechenzentrum w Garching.

Jedne z największych i najbardziej szczegółowych symulacji rejonizacji w historii umożliwiły zrozumienie kluczowych procesów fizycznych, które miały wpływ na formowanie się galaktyk i ewolucję rejonizacji. Oczekuje się, że wyniki projektu PROFESSOR przyczynią się do opracowania przyszłych kampanii obserwacyjnych oraz do interpretacji zgromadzonych danych.