宇宙最初期の再電離を解き明かす巨大シミュレーション「ルミナ」が誕生
宇宙はどのようにして光り輝くようになったのか。ハーバード・スミソニアン天体物理学センター（CfA）が開発した最新の宇宙シミュレーション「ルミナ」は、宇宙初期における水素とヘリウムの再電離という謎に迫る強力な道具となる。オリバー・ザイアー氏率いる同センターの研究チームが、英科学誌『王立天文学会月報』に発表した研究では、ルミナが従来最大級のシミュレーション「Illustris TNG 300」さえ上回る規模と詳細さを兼ね備えていることが示された。
ルミナのシミュレーション領域は一辺が500メガパーセク（約15億光年）に達する。これは地球の最強の望遠鏡で観測できる宇宙の広さとほぼ同じだ。比較対象となるIllustris TNG 300の一辺が約3.3メガパーセクであることから、ルミナいかに広大かが分かる。シミュレーション内では、水素と1価のヘリウム、そして2価のヘリウムの再電離過程を、赤方偏移z＝3（ビッグバンから約21億年後、約117億年前）までの宇宙進化を追跡する。宇宙正午と呼ばれるこの時代は、星形成がピークに達し、クエーサーが最も活発だった時期である。
銀河とブラックホール、両者の役割を統合シミュレーション
宇宙の再電離がどのように進行したかは、依然として天文学最大の謎の一つだ。中性水素とヘリウムの再電離に寄与した光源は何か。星の形成によるものか、それとも超大質量ブラックホールと活動銀河核（AGN）が担ったのか。また再電離は一気に終わったのか、それとも時間をかけて起こったのか。これらの問いに対する理解はまだ不完全である。
ルミナはこうした疑問に答えるべく、銀河と活動銀河核の共進化を自己矛盾なく追跡する放射流体力学シミュレーションとして設計された。同じくCfAで理論・計算部門のフェロー研究員であるザイアー氏は、プレスリリースで「JWSTにより、宇宙初期は天体物理学における新しいフロンティアになった。このテレスコープで観測しているものを理解するには、理論を詳細な予測へと翻訳する必要がある」と述べている。
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡の観測データを検証する土台
ジェイムズ・ウェッブ宇宙望遠鏡（JWST）はすでに数年にわたって運用され、初期宇宙の観測で予想外の結果をもたらしている。一方、ナンシー・グレース・ローマン宇宙望遠鏡（NGRST）は2ヶ月前に打ち上げられたばかりで、本格的な観測活動はこれからだ。ルミナは、これら赤外線観測に優れた次世代宇宙望遠鏡の観測データを理論的に解釈するための基盤となる。銀河とAGNの集団進化は元のIllustris TNGプロジェクトと矛盾なく一貫しながらも、より大きな観測領域により、稀な天体や大規模構造の統計精度を高め、宇宙分散効果を軽減できる。これにより水素と2価のヘリウムの位相構造を観測可能量として前方モデル化することが可能になる。
出典: Universe Today
