Skupina astrofizikov je ravnokar ustvarila 8 milijonov edinstvenih vesoljev v superračunalniku in jih pustila, da se razvijejo od ležečih do starih geez. Njihov cilj? Zaznati vlogo, ki jo je nevidna snov, imenovana temna snov, igrala v življenju našega vesolja od velikega poka in kaj to pomeni za našo usodo.
Ko so v poznih šestdesetih letih odkrili, da je naše vesolje večinoma sestavljeno iz temne snovi, so znanstveniki špekulirali o njegovi vlogi pri nastajanju galaksij in njihovi sposobnosti, da sčasoma rodijo nove zvezde.
Glede na teorijo velikega poka, je kmalu po tem, ko se je vesolje rodilo, fiziki nevidnih in nedostopnih snovi, ki so temno snov poimenovali, začeli s silo gravitacije v ogromne oblake, imenovane haloe temne snovi. Ko so haloji postajali v velikosti, so pritegnili redek vodikov plin, ki je prežal vesolje, da so se združili in tvorili zvezde in galaksije, ki jih vidimo danes. V tej teoriji temna snov deluje kot hrbtenica galaksij in narekuje, kako se skozi čas oblikujejo, združujejo in razvijajo.
Da bi bolje razumel, kako je temna snov oblikovala to zgodovino vesolja, je Peter Behroozi, docent za astronomijo na univerzi v Arizoni, in njegova ekipa ustvarila lastna vesolja s pomočjo šolskega superračunalnika. 2000 računalniških procesorjev je v treh tednih delalo brez premora, da bi simuliralo več kot 8 milijonov edinstvenih vesoljev. Vsako vesolje posamezno je spoštovalo edinstven sklop pravil, ki bodo raziskovalcem pomagali razumeti razmerje med temno snovjo in evolucijo galaksij.
"V računalniku lahko ustvarimo veliko različnih vesoljev in jih primerjamo z dejanskimi, kar nam omogoča, da sklepamo, katera pravila vodijo do tistega, ki ga vidimo," je v izjavi dejal Behroozi.
Medtem ko so se prejšnje simulacije osredotočale na modeliranje posameznih galaksij ali generiranje posamičnih vesoljev z omejenimi parametri, je UniverseMachine prvi na svojem področju. Program je nenehno ustvaril milijone vesoljev, od katerih je vsaka vsebovala 12 milijonov galaksij, in vsaka je omogočila, da se je razvijala skozi skoraj celotno zgodovino resničnega vesolja od 400 milijonov let po velikem udaru do danes.
"Veliko vprašanje je:" Kako nastajajo galaksije? "" Je povedala raziskovalka študije Risa Wechsler, profesorica fizike in astrofizike na univerzi Stanford. "Resnično kul zadeva te študije je, da lahko uporabimo vse podatke, ki jih imamo o evoluciji galaksij - število galaksij, koliko zvezd imajo in kako te zvezde tvorijo - in to skupaj sestavimo v celovito sliko zadnje 13 milijard let vesolja. "
Za ustvarjanje replike našega vesolja ali celo galaksije bi bila potrebna nerazložljiva količina računalniške moči. Behroozi in njegovi sodelavci so tako zožili fokus na dve glavni lastnosti galaksij: njihovo skupno maso zvezd in hitrost, s katero rodijo nove.
"Simulacija ene galaksije zahteva od 10 do 48. računalniške operacije," je pojasnil Behroozi, ki se nanaša na oktilno operacijo, ali 1, ki ji sledi 48 nič. "Vsi računalniki na Zemlji skupaj tega v sto letih ne bi mogli storiti. Torej, da bi preprosto simulirali eno galaksijo, kaj šele 12 milijonov, bi morali to storiti drugače."
Ko računalniški program sproži nova vesolja, ugiba, kako je stopnja nastajanja zvezd v galaksiji povezana s starostjo, preteklimi interakcijami z drugimi galaksijami in količino temne snovi v njeni halo. Nato vsako vesolje primerja z realnimi opazovanji, natančno prilagodi fizične parametre z vsako ponovitvijo, da se bolje ujema z resničnostjo. Končni rezultat je vesolje, skoraj enako našemu.
Po Wechslerjevem mnenju so njihovi rezultati pokazali, da je hitrost, s katero galaksije rodijo zvezde, tesno povezana z maso njihovih halosov temne snovi. Galaksije s halo masami temne snovi, ki so najbolj podobne naši lastni Mlečni poti, so imele najvišje stopnje nastajanja zvezd. Pojasnila je, da nastajanje zvezd v večjih galaksijah zaduši obilje črnih lukenj
Njihova opažanja so izpodbijala tudi dolgotrajna prepričanja, da temna snov zaduši nastanek zvezd v zgodnjem vesolju.
"Ko se vračamo v vesolje prej in prej, bi pričakovali, da bo temna snov gostejša, in zato bo plin vse bolj vroč in vroč. To je slabo za nastajanje zvezd, zato smo že v začetku mislili, da bo veliko galaksij vesolje bi moralo že zdavnaj nehati tvoriti zvezde, "je dejal Behroozi. "Toda ugotovili smo nasprotno: Galaksije določene velikosti so bolj verjetno nastajale zvezde z večjo hitrostjo, v nasprotju s pričakovanji."
Zdaj ekipa načrtuje razširitev naprave UniverseMachine, da bi preizkusila več načinov, kako lahko temna snov vpliva na lastnosti galaksij, vključno s tem, kako se razvijajo njihove oblike, masa njihovih črnih lukenj in kako pogosto njihove zvezde postanejo supernova.
"Zame je najbolj vznemirljivo to, da imamo zdaj model, po katerem lahko začnemo postavljati vsa ta vprašanja v okviru, ki deluje," je dejal Wechsler. "Imamo model, ki je cenovno dovolj poceni, da lahko v bistvu izračunamo celotno vesolje v približno sekundi. Potem si lahko privoščimo to na milijone krat in raziščemo ves prostor parametrov."
Raziskovalna skupina je svoje rezultate objavila v septembrski številki revije Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
