Учените създадоха най-детайлния виртуален модел на Вселената

0
2430

Образуването на галактиките е сложен танц на материята и енергията, който протича в космически мащаби и обхваща милиарди години. По какъв начин от Големия взрив са възникнали разнообразните добре структурирани и динамични галактики, които виждаме днес, е една от най-трудните и нерешени загадки на космологията.

В търсене на възможни решения и отговори международен екип от учени създаде най-детайлния и мащабен модел на Вселената. Това е симулацията, която физиците наричат TNG50. Тяхната виртуална вселена обхваща около 230 милиона светлинни години и съдържа десетки хиляди развиващи се галактики с ниво на детайлност, което досега се предлагаше за само една галактика. Симулацията проследява повече от 20 милиарда обекти – тъмна материя, газове, звезди и свръхмасивни черни дупки и всички това в продължение на 13,8 милиарда години.

Безпрецедентните резолюция и мащаб са дали възможност на изследователите да получат ключова информация за миналото на Вселената, да покажат по какъв начин галактиките са получили своите необичайни форми и по какъв начин звездните взривове и черните дупки са предизвикали тази галактична еволюция. Резултатите от тази симулация са описани в две статии, които ще бъдат публикувани в декемврийския брой на списанието Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

TNG50 е най-новата симулация, създадена в рамките на проекта IllustrisTNG, целта на който е създаването на колкото се може по-пълна и мащабна картина на развитието на Вселената без да бъдат засегнати малките детайли за отделните галактики.

„Тази симулация е един огромен масив от данни, който може много да ни покаже чрез неговия анализ  и да ни даде възможност да схванем как протича еволюцията на галактиките“ – каза Пол Тори, доцент по физика в университета на Флорида и съавтор на изследването. „Принципно новото в TNG50 е, че получавате много висока пространствена и масова резолюция на галактиките, което дава ясна представа за вътрешната структура на тези космически системи, както и за тяхното възникване и развитие.

Високата детайлност на симулацията е излязла доста скъпо. За изграждането на виртуалния модел са използвани 16 000 процесорни ядра на суперкомпютъра Hazel Hen в Щутгарт, Германия. За сравнение, един мощен домашен компютър би се справил с тези изчисления за около 20 000 години. Въпреки че това е една от най-сложните и тежки за изчисление астрофизични симулации в историята, учените считат, че инвестициите в този модел вече дават дивиденти.

„Числените експерименти от подобен род са особено успешни, когато получавате повече, отколкото сте вложили“ – споделя Дилън Нелсън, съавтор на това изследване. „В нашия модел виждаме възникването на явления, които не са програмирани в кода на симулацията. Тези явления протичат по естествен начин в резултат от сложното взаимодействие на основните физични компоненти в нашия виртуален модел на Вселената“.

Възникналите в компютърната симулация явления могат да имат изключително важно значение за разбирането на това, защо нашата Вселена сега, 13,8 милиарда години след Големия взрив, изглежда именно по този начин. TNG50 даде възможност на учените с очите си да видят по какъв начин от турбулентните облаци газ са възникнали галактиките малко след раждането на Вселената.

Учените успяха да видят по какъв начин дискообразните галактики, които са най-близки до Млечния път, по естествен начин възникват в рамките на компютърния модел, как се създават спиралните ръкави и структурите, простиращи се чак от централните свръхмасивни черни дупки. При сравнението на компютърната Вселена с оригиналната се забелязва, че експериментът до голяма степен съвпада с реалността.

Интересно е, че докато моделираните от суперкомпютъра галактики постепенно се превръщат в добре структурирани въртящи се спирални дискове, започва да се проявява непознат досега процес. Взривовете на свръхновите и на свръхмасивните черни дупки в центъра на Вселената създават високоскоростни газови потоци. Тези потоци се превръщат във фонтани от газ, издигащи се на хиляди светлинни години над галактиките.

Моделираните с помощта на суперкомпютър галактични клъстъри. В това изображение структурите от тъмна материя, показани с бял цвят, се сливат в общи структури, докато свръхмасивните черни дупки и свръхновите изхвърлят в пространството газ, чието движение е показано с червен цвят

Гравитационното привличане в крайна сметка връща голяма част от този газ обратно към галактичния диск и го разпределя на неговата външна страна, като по този начин се създава обратна връзка с изтичане и приток на газ. И още, именно тези газове ускоряват превръщането на галактиките в тънки въртящи се спирални дискове.

Това са само първоначалните наблюдения и изводи, като учените са още твърде далече от завършването на анализа на своя виртуален модел. Екипът възнамерява да публикува всички данни от моделирането, за да могат астрономите от целия свят да могат да изучават тази виртуална Вселена.

„Сега, когато приключихме с нашето моделиране, предстои да изминем много дълъг път“ – каза Тори. „В момента, голям екип учени работи върху по-доброто разбиране на детайлните свойства на формиращите се в компютърния модел виртуални галактики и да хвърлят повече светлина върху еволюцията на нашата Вселена“.

Да си припомним, че Нобеловата награда за физика тази година бе връчена на учените, разширили нашето познание за структурата на Вселената и нашето място в нея. Наградата за физика бе разделена на три части, които получиха учените, обединили достиженията в изследването на Вселената. Според формулировката на Нобеловия комитет, наградата се присъжда „за приноса в нашето разбиране за еволюцията на Вселената и мястото на Земята в космоса„.

ДОБАВИ КОМЕНТАР

avatar
  Абонирай се  
Извести ме за