Ujawniono największą w historii symulację wszechświata

W 1970 roku Jim Peebles z Princeton University przeprowadził przełomowy eksperyment. Wykorzystał nowatorską technologię obliczeniową do symulacji zachowania gromady galaktyk pod wpływem siły grawitacji.

Ta symulacja była niewielka według współczesnych standardów: obejmowała zaledwie 300 „cząstek”. Okazało się jednak, że modele komputerowe mogą dać ważny wgląd w powstawanie struktur na wielką skalę. Można śmiało powiedzieć, że ta i inne wczesne symulacje zrewolucjonizowały kosmologię.

Dzisiaj Juhan Kim z Korea Institute for Advanced Study w Seulu i kilku kumpli pokazują, jak daleko zaszła ta technika. Ci goście przeprowadzili największą symulację wszechświata, jaką kiedykolwiek podjęto, składającą się z 374 miliardów cząstek w pudełku o średnicy około 10 gigaparseków. Odpowiada to mniej więcej dwóm trzecim wielkości obserwowalnego wszechświata.

Zajęło to około 20 dni czasu obliczeniowego na superkomputerze Tachyonii w Korei, który jest 26 najszybszym na świecie w ostatnim zestawieniu rankingów.

Natomiast symulacja Millennium z 2005 r., która była największą symulacją kosmologiczną swoich czasów, składała się z 10 miliardów cząstek w pudle 500 megaparseków. Nowa symulacja o nazwie Horizon Run 3 jest 8800 razy większa.

Celem symulacji jest odtworzenie całej ewolucji wszechświata złożonego w dużej mierze z zimnej ciemnej materii, aby sprawdzić, czy wytwarza on te same struktury, które widzimy u nas – od struktur galaktycznych po gromady galaktyczne, supergromady galaktyczne i nie tylko.

Najnowsze teorie przewidują, że nasz wszechświat powinien mieć struktury o największych skalach, zwanych akustycznymi oscylacjami barionów. Są to zasadniczo pozostałości fal w plazmie, które istniały we wczesnym wszechświecie, które zamarzły w trakcie ochładzania.

Oczywiście możliwe jest modelowanie tych obiektów tylko w symulacjach obejmujących dużą część wszechświata.

Powinny też istnieć struktury będące prekursorami galaktyk. Powstały one, gdy ciemna materia uformowała się w halo, które następnie przyciągnęło widzialną materię, która następnie uformowała galaktyki, które widzimy dzisiaj.

Struktury te są zbyt stare, a zatem zbyt odległe, aby je zobaczyć. Ale powinno być możliwe ich symulowanie w modelach zawierających znaczną część wszechświata w bardzo wysokiej rozdzielczości. Do tej pory nie było to możliwe, przynajmniej nie w sposób wiarygodny, ponieważ symulacje o niskiej rozdzielczości mogą łatwo stać się nierealistyczne. .

Tak więc nowa symulacja otwiera drogę do szczegółowego badania tych obiektów po raz pierwszy. W efekcie astronomowie zaglądają do tych symulacji tak, jakby obserwowali z wirtualnej Ziemi w centrum wirtualnego wszechświata. Sprawdzają, czy symulacje odtwarzają (średnio) wszechświat, który widzimy, a jeśli tak, to jak powinny wyglądać dalsze obserwacje za pomocą teleskopów nowej generacji.

To imponujące. Ale oczywiście Horizon Run 3 to tylko jeden krok w trwającym wyścigu o tworzenie większych symulacji wszechświata w większych rozdzielczościach. I pewnego dnia będzie wyglądać tak prymitywnie dla przyszłych kosmologów, jak wygląda dzisiaj przebieg gromady galaktyk Peeble'a.

Nr ref.: arxiv.org/abs/1112.1754 : The New Horizon Run Kosmologiczne symulacje N-Ciała

ukryć