Rekordní simulace Lumina z Harvardu má vyložit data Webba a Romanové

Astronomové z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian vytvořili simulaci raného vesmíru nazvanou Lumina. Podle dostupných informací jde o jednu z největších a nejpodrobnějších simulací svého druhu, jaké kdy vznikly, a svým rozsahem je označována za rekordní. Jejím hlavním účelem je pomáhat vědcům s výkladem pozorování, která přicházejí z nejmodernějších vesmírných observatoří.

Právě na data z Kosmického dalekohledu Jamese Webba (JWST) a z Kosmického dalekohledu Nancy Roman se simulace zaměřuje. Webbův dalekohled už od zahájení provozu přináší snímky a spektra velmi vzdálených objektů, které odpovídají vesmíru v době krátce po jeho vzniku. Dalekohled Nancy Roman, který má sloužit zejména k pořizování rozsáhlých přehlídek oblohy, bude podobných dat poskytovat velké množství. Interpretace takových pozorování ovšem není jednoduchá a astronomové potřebují teoretické modely, s nimiž lze naměřené hodnoty porovnávat.

Simulace tohoto typu fungují tak, že na počítači napodobují vývoj vesmíru od jeho raných fází. Výzkumníci do nich zadávají fyzikální zákony a počáteční podmínky a sledují, jak se z původně téměř rovnoměrně rozložené látky postupně vytvářejí struktury. Výsledek pak mohou srovnat s tím, co skutečně zachytí dalekohledy. Pokud se model s pozorováním shoduje, posiluje to důvěru v použité předpoklady; pokud ne, může to upozornit na chybějící nebo nesprávně pochopený fyzikální proces.

Význam simulace Lumina spočívá podle jejích autorů především v kombinaci velkého rozsahu a podrobnosti. Rozsáhlá simulace umožňuje sledovat velké množství objektů najednou, a získat tak statisticky smysluplný obraz, zatímco vysoké rozlišení dovoluje zachytit i menší a méně nápadné jevy. Právě tuto kombinaci je výpočetně nesmírně náročné dosáhnout, a proto se simulace, které ji nabízejí v takové míře, objevují jen zřídka.

Z dostupných informací nevyplývá, jaké konkrétní výsledky už simulace přinesla ani jaké výpočetní zdroje si její provoz vyžádal. Jisté je, že za projektem stojí výzkumníci z Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian a že simulace má sloužit jako nástroj pro další výzkum. Nelze proto zatím hodnotit, nakolik se jí podaří zpřesnit naše představy o tom, jak vypadaly první galaxie a jak se v raném vesmíru vyvíjely.

Zájem o tuto fázi kosmické historie v posledních letech výrazně roste. Webbův dalekohled totiž dokáže zkoumat období, které bylo dříve prakticky nedostupné, a jeho pozorování občas překvapí svým obsahem. Takové nálezy vyvolávají otázky, zda dosavadní modely vývoje galaxií odpovídají skutečnosti, nebo zda je třeba je upravit. Podrobné simulace jsou jedním z mála způsobů, jak na tyto otázky hledat odpovědi, protože umožňují testovat různé scénáře a porovnávat je s měřením.

Dalekohled Nancy Roman přitom doplní pohled Webbova dalekohledu o široké záběry oblohy. Zatímco Webb se soustředí na detailní zkoumání vybraných oblastí, přehlídky umožní zachytit rozsáhlejší souvislosti a vzácnější objekty. Pro astronomy bude cenné mít k dispozici model, který pokrývá podobně velké objemy vesmíru a s nímž lze pozorování z obou přístrojů srovnávat. Lumina tak má sloužit jako společný teoretický rámec pro data z několika observatoří.

Simulace tohoto druhu mají i širší význam pro přípravu budoucích pozorování. Vědci s jejich pomocí mohou předem odhadnout, co by dalekohledy měly vidět, a podle toho plánovat, kam je nasměrovat a jaká měření mají největší vypovídací hodnotu. Po získání skutečných dat pak slouží k jejich zpětnému vyhodnocení.

Zda se Lumina stane standardním nástrojem v tomto oboru, ukáže teprve čas. Už nyní ale patří mezi největší pokusy o věrné zachycení raného vesmíru v počítači a dává astronomům do ruky další prostředek, jak pozorování z nejvýkonnějších vesmírných dalekohledů zasadit do souvislostí.