Že od nekdaj si filozofi in učenjaki prizadevajo ugotoviti, kako se je začelo obstoj. Z rojstvom sodobne astronomije se je ta tradicija nadaljevala in vzpostavila področje, znano kot kozmologija. Znanstveniki lahko s pomočjo superračunalništva izvedejo simulacije, ki prikazujejo, kako so se prve zvezde in galaksije oblikovale v našem vesolju in se razvijale skozi milijarde let.
Do nedavnega je bila najobsežnejša in popolna študija simulacija "Illustrus", ki je preučila proces nastajanja galaksij v zadnjih 13 milijard letih. Ista ekipa je v zadnjem času začela izvajati simulacijo, imenovano "Illustris, naslednja generacija" ali "IllustrisTNG". Prvi krog teh ugotovitev je bil nedavno objavljen, pričakovati pa jih bo še nekaj.
Te ugotovitve so se pojavile v treh člankih, ki so bili nedavno objavljeni v Mesečna obvestila Royal Astronomical Society. Skupino Illustris sestavljajo raziskovalci Heidelberškega inštituta za teoretične študije, Max-Planck instituta za astrofiziko in astronomijo, Massachusetts Institute of Technology, Harvard University in Center za računalniško astrofiziko v New Yorku.
Z uporabo superračunalnika Hazel Hen v visoko zmogljivem računalniškem centru Stuttgart (HLRS) - eni od treh nemških superračunalniških naprav svetovnega razreda, ki sestavljajo Gaussov center za superračunalništvo (GCS) - je ekipa izvedla simulacijo, ki bo pripomogla k preverjanju in razširitvi. o obstoječem eksperimentalnem znanju o najzgodnejših fazah vesolja - torej o dogajanju od 300.000 let po velikem udaru do danes.
Za ustvarjanje te simulacije je skupina združila enačbe (kot je Teorija splošne relativnosti) in podatke iz sodobnih opazovanj v masivno računalniško kocko, ki je predstavljala velik prerez vesolja. Pri nekaterih procesih, na primer nastajanju zvezd in rasti črnih lukenj, so se raziskovalci prisilili, da se opirajo na domneve, ki temeljijo na opažanjih. Nato so uporabili številčne modele, da so ta simulirani vesolje sprožili v gibanju.
V primerjavi s prejšnjo simulacijo je IllustrisTNG sestavljal 3 različne vesolje v treh različnih ločljivostih, od katerih je največja merila 1 milijardo svetlobnih let (300 megaparsec). Poleg tega je raziskovalna skupina vključila natančnejše obračunavanje magnetnih polj in tako izboljšala natančnost. Skupno je simulacija uporabila 24.000 jeder na superračunalniku Hazel Hen za skupno 35 milijonov jedrnih ur.
Kot je v sporočilu za javnost Gauss Center pojasnil prof. Dr. Volker Springel, profesor in raziskovalec Heidelberškega inštituta za teoretične študije in glavni raziskovalec projekta:
»Magnetna polja so zanimiva iz različnih razlogov. Magnetni tlak, ki deluje na kozmični plin, je lahko občasno enak termičnemu (temperaturnemu) tlaku, kar pomeni, da boste, če to zanemarite, zamudili te učinke in na koncu ogrozili svoje rezultate. "
Druga velika razlika je bila vključitev posodobljene fizike črne luknje na podlagi nedavnih opazovalnih kampanj. To vključuje dokaze, ki kažejo povezavo med supermasivne črne luknje (SMBH) in evolucijo galaktike. V bistvu je znano, da SMBH oddajajo ogromno energije v obliki sevanja in delcev, ki lahko zavirajo na nastanek zvezd v galaksiji.
Medtem ko so se raziskovalci tega procesa zagotovo zavedali že med prvo simulacijo, niso upoštevali, kako lahko v celoti zaustavi nastanek zvezd. Z vključitvijo posodobljenih podatkov o magnetnih poljih in fiziki črne luknje v simulacijo je ekipa opazila večjo povezanost med podatki in opazovanji. Zato so bolj prepričani v rezultate in verjamejo, da predstavlja najbolj natančno simulacijo do zdaj.
Kot je pojasnil doktor Dylan Nelson - fizik z Inštituta za astronomijo Max Planck in član lustricTTG, bodo bodoče simulacije verjetno še natančnejše, če predvidevamo, da se napredek superračunalnikov nadaljuje:
»Povečani pomnilnik in viri za obdelavo v sistemih nove generacije nam bodo omogočili simulacijo velikih količin vesolja z višjo ločljivostjo. Velike količine so pomembne za kozmologijo, razumevanje obsežne strukture vesolja in trde napovedi za naslednjo generacijo velikih opazovalnih projektov. Visoka ločljivost je pomembna za izboljšanje fizičnih modelov procesov, ki se odvijajo znotraj posameznih galaksij v naši simulaciji. "
Ta zadnja simulacija je bila mogoča tudi zaradi obsežne podpore osebja GCS, ki je raziskovalni skupini pomagalo pri zadevah, povezanih z njihovim kodiranjem. Bil je tudi rezultat velikega skupnega prizadevanja, ki je združilo raziskovalce z vsega sveta in jih seznanilo z viri, ki jih potrebujejo. Nenazadnje kaže, kako povečano sodelovanje med aplikativnimi in teoretičnimi raziskavami vodi do boljših rezultatov.
Če pogledamo naprej, ekipa upa, da bodo rezultati te najnovejše simulacije še bolj uporabni kot zadnji. Prvotna objava podatkov Illustris je pridobila več kot 2000 registriranih uporabnikov, rezultat tega pa je bila objava 130 znanstvenih študij. Glede na to, da je ta natančnejši in posodobljen, ekipa pričakuje, da bo našla več uporabnikov in povzročila še več prelomnih raziskav.
Kdo ve? Morda bomo nekega dne ustvarili simulacijo, ki s popolno natančnostjo zajame nastanek in razvoj našega Vesolja. Medtem ne pozabite uživati v tem videu prve Illustris Simulacije, ki je vljudnost člana ekipe in fizika MIT Marka Vogelsbergerja:
