Астрофизики из коллаборации Lumina представили крупномасштабную радиационно-гидродинамическую симуляцию, которая впервые самосогласованно описывает реионизацию межгалактической среды под действием галактик и активных ядер (AGN). Моделирование охватывает эпохи реионизации нейтрального водорода (HI), однократно и двукратно ионизованного гелия (HeI, HeII) вплоть до красного смещения z=3.
Симуляция использует объём с длиной стороны 500 мегапарсек (в сопутствующих координатах) и разрешение 2?6000? элементов, что соответствует массовому разрешению 3.6?10? M? для барионов и 1.9?10? M? для тёмной материи. Расчёты выполнены на коде AREPO с применением модели формирования галактик IllustrisTNG и GPU-ускоренного решателя переноса излучения M1 в шести частотных интервалах.
Ключевой результат: реионизация водорода оказалась поздней и преимущественно звёздной. В среднем по объёму полная ионизация наступила при z?5.2, однако отдельные нейтральные «островки» сохранялись до z?4.75. Реионизация HeII, напротив, в значительной степени обеспечена активными ядрами галактик и практически завершилась к z=3.
Полученное значение томсоновской оптической толщи межгалактической среды отлично согласуется с измерениями спутника Planck, а термическая история и фотоионизационный фон соответствуют наблюдательным ограничениям. В симуляции также зафиксирован поздний термический всплеск, связанный с реионизацией гелия.
Важно, что популяция галактик в симуляции Lumina остаётся совместимой с оригинальным проектом IllustrisTNG, но бо?льший объём улучшает статистику для редких объектов (квазаров, ярких галактик) и снижает влияние космической дисперсии. Это позволяет моделировать наблюдаемые корреляции между топологией HI и HeII и эволюцией галактик и AGN.
Работа опубликована в репозитории arXiv и представляет шаг вперёд в понимании эпохи реионизации – одного из ключевых этапов эволюции Вселенной после первичного нуклеосинтеза.