От незапомнени времена философи и учени се стремят да определят как е започнало съществуването. С раждането на съвременната астрономия тази традиция продължава и поражда полето, известно като космология. И с помощта на суперкомпютрите учените успяват да проведат симулации, които показват как първите звезди и галактики са се образували в нашата Вселена и са се развивали през милиарди години.
Доскоро най-обширното и пълно изследване беше симулацията „Illustrus“, която разглеждаше процеса на формиране на галактика през последните 13 милиарда години. Стремейки се да счупи собствения си рекорд, същият екип наскоро започна да провежда симулация, известна като „Illustris, следващото поколение“ или „IllustrisTNG“. Първият кръг от тези констатации беше наскоро освободен и се очаква да последват още няколко.
Тези открития се появиха в три статии, публикувани наскоро в Месечни известия на Кралското астрономическо дружество, Екипът на Illustris се състои от изследователи от Хайделбергския институт за теоретични изследвания, Макс-Планк институтите за астрофизика и астрономия, Масачузетския технологичен институт, Харвардския университет и Центъра за изчислителна астрофизика в Ню Йорк.
Използвайки суперкомпютъра Hazel Hen във Високопроизводителния изчислителен център Щутгарт (HLRS) - едно от трите немски суперкомпютри от световна класа, които са съставени от Gauss Center for Supercomputing (GCS) - екипът проведе симулация, която ще помогне да се провери и разшири върху съществуващите експериментални знания за най-ранните етапи на Вселената - т.е. това, което се е случило от 300 000 години след Големия взрив до наши дни.
За да създаде тази симулация, екипът комбинира уравнения (като Теорията на общата относителност) и данни от съвременни наблюдения в масивен изчислителен куб, който представлява голям напречен разрез на Вселената. За някои процеси, като образуване на звезди и растеж на черни дупки, изследователите бяха принудени да разчитат на предположения, основани на наблюдения. След това използваха цифрови модели, за да пуснат в движение тази симулирана Вселена.
В сравнение с предишната си симулация, IllustrisTNG се състоеше от 3 различни вселени при три различни резолюции - най-голямата от тях измерваше 1 милиард светлинни години (300 мегапарсекса). В допълнение, изследователският екип включва по-прецизно отчитане на магнитни полета, като по този начин подобрява точността. Общо симулацията използва 24 000 ядра на суперкомпютъра Hazel Hen за общо 35 милиона основни часа.
Както обясни в прессъобщение на Gauss Center проф. Д-р Волкер Спрингел, професор и изследовател от Института за теоретични изследвания в Хайделберг и главен изследовател по проекта:
„Магнитните полета са интересни по различни причини. Магнитното налягане, упражнявано върху космическия газ, понякога може да бъде равно на топлинно (температурно) налягане, което означава, че ако пренебрегнете това, ще пропуснете тези ефекти и в крайна сметка ще компрометирате резултатите си. "
Друга основна разлика беше включването на актуализирана физика на черната дупка въз основа на последните кампании за наблюдение. Това включва доказателства, които демонстрират връзка между свръхмасивни черни дупки (SMBHs) и галактическата еволюция. По същество, SMBHs са известни с това, че изпращат огромно количество енергия под формата на радиация и струи на частици, което може да има възпиращ ефект върху образуването на звезди в галактика.
Въпреки че изследователите със сигурност са били запознати с този процес по време на първата симулация, те не са взели предвид как може да спре напълно образуването на звезди. Като включи актуализирани данни както за магнитните полета, така и за физиката на черната дупка в симулацията, екипът видя по-голяма зависимост между данните и наблюденията. Следователно те са по-уверени в резултатите и смятат, че тя представлява най-точната симулация до момента.
Но както обясни д-р Дилън Нелсън - физик от Института по астрономия Макс Планк и член на llustricTNG, бъдещите симулации вероятно ще бъдат още по-точни, като се предполага, че напредъкът в суперкомпютрите продължава:
„Увеличената памет и ресурси за обработка в системите от следващо поколение ще ни позволят да симулираме големи обеми от Вселената с по-висока разделителна способност. Големите обеми са важни за космологията, разбирането на мащабната структура на Вселената и прави твърди прогнози за следващото поколение големи проекти за наблюдение. Високата разделителна способност е важна за подобряване на нашите физически модели на процесите, протичащи във вътрешността на отделни галактики при нашата симулация. “
Тази последна симулация стана възможна и благодарение на обширната подкрепа на персонала на GCS, който подпомага изследователския екип по въпроси, свързани с тяхното кодиране. То беше резултат и от огромни усилия за сътрудничество, които събраха изследователи от цял свят и ги сдвоиха с необходимите ресурси. Не на последно място, но не на последно място, показва как засиленото сътрудничество между приложни изследвания и теоретични изследвания води до по-добри резултати.
Поглеждайки напред, екипът се надява, че резултатите от тази последна симулация се оказват дори по-полезни от последната. Оригиналното съобщение на Illustris натрупа над 2000 регистрирани потребители и доведе до публикуването на 130 научни изследвания. Като се има предвид, че този е по-точен и актуален, екипът очаква, че ще намери повече потребители и ще доведе до още повече новаторски изследвания.
Кой знае? Може би някой ден можем да създадем симулация, която да отчита формирането и еволюцията на нашата Вселена с пълна точност. Междувременно, не забравяйте да се насладите на това видео на първата симулация на Illustris, с любезното съдействие на члена на екипа и физика на MIT Марк Вогелсбергер:
