趨勢
數億年黑暗後的第一道光！天文學家模擬出早期宇宙模型，準備與韋伯太空望遠鏡對答案
目前為止，這個模擬與天文學家所持僅有的少數早期宇宙觀測資料都相符。而次世代的一批太空望遠鏡、包含韋伯太空望遠鏡都是為了觀測這個時期的宇宙而建造的， Thesan 可望在取得這類觀測資料後，拼貼進宇宙演化歷程的脈絡之中。
The bright sun was extinguish'd, and the stars
Did wander darkling in the eternal space,⋯⋯
⋯⋯Darkness had no need
Of aid from them—She was the Universe.“
—LORD BYRON〈Darkness〉
在這個新一代的太空競賽開跑、也是史上最多太空望遠鏡將投入服役的時期，天文學家也開發出迄今最大、最詳細的早期宇宙模型。這個以義大利古代城邦「伊特拉斯坎文明」中的曙光女神「 Thesan 」命名的模型，重現出早期宇宙到最初十億年的時期。
由馬克斯·普朗克天體物理研究所（ MPA，Max Planck Institute for Astrophysics ）、哈佛-史密松天體物理中心（ CfA ，Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ）、以及麻省理工學院（ MIT，Massachusetts Institute of Technology ）的科學家組成的團隊， 24 日發表了新聞稿。
宇宙再電離（ cosmic reionization ）
距今約 138 億年前，形成宇宙的大霹靂發生了。根據科學家的理論，在大霹靂後沒多久，新生宇宙就變得又冷又暗。再經過幾億年的時間，物質被重力聚集為最初的恆星與星系，宇宙甦醒過來了。這些星星發出的第一道光芒溫暖了周邊的氣體，將之轉化為高熱的、游離的電漿態。宛如宇宙黎明一般，這個關鍵的轉折將宇宙變為我們今天所建的複雜結構，被稱之為「宇宙再電離」（ cosmic reionization ）。
重建這個時期的宇宙模型具有極高的挑戰性，因為其涉及發生在重力、氣體、以及輻射之間的高度複雜、混沌紛亂的交互作用。
Thesan 的建立可以協助科學家們詳細了解宇宙再電離的可能過程。它的時序橫跨自大霹靂後約 40 萬年、直到最初的十億年。尺度則是一個涵蓋 3 億光年的立方體。
目前為止，這個模擬與天文學家所持僅有的少數早期宇宙觀測資料都相符。而次世代的一批太空望遠鏡、包含韋伯太空望遠鏡都是為了觀測這個時期的宇宙而建造的， Thesan 可望在取得這類觀測資料後，拼貼進宇宙演化歷程的脈絡之中。
「有點像製冰盒裡的水，當你將它放進冷凍庫，它會花點時間，但過了一陣子就會從邊緣開始結冰，接著慢慢的蔓延而顯現」。論文共同作者 Aaron Smith 說，他是參與 NASA 愛因斯坦研究員（ Einstein Fellow ）計畫、 MIT 科維理機構（ MIT's Kavli Institute ）的天文學者，「早期宇宙的情況和結冰是一樣的，它從一個中性的黑暗宇宙，藉著光開始從最初的星系亮起，轉而變為明亮、且游離化」。
模擬與下一步？
「大多數的天文學家沒有實驗場地。時間與空間的規模太大，因此我們只能用電腦運算實驗」。哈佛-史密松天體物理中心的天體物理學家、也是本系列論文的第一作者 Rahul Kannan 則說，「我們可以採取基本的物理公式、與主流理論模型來模擬早期宇宙發生了什麼事」。
研究團隊使用位在德國的、世界最大的超級電腦之一「 SuperMUC-NG 」、歷經超過 3,000 萬個 CPU-hours 進行模擬。據新聞稿說明，換算成一般電腦的效能，大約要花 3,500 年才能完成與 Thesan 相同的模擬。
「我們不只是為了自身理解早期宇宙才開發這個模擬，我們是為了整個學術界」，團隊之一的 MPA 科學家 Enrico Garaldi 強調，「因此，我們很快就會釋出模擬的數據，公開給所有人使用！這份模擬相當紮實且複雜，它將能讓我們研究非常非常多年」。
研究發表於《皇家天文學會月刊》（ Monthly Notices of the Royal Astronomical Society ）。
核稿編輯：趙正瑋
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