Tim astrofizičara upravo je stvorio 8 milijuna jedinstvenih svemira unutar superračunala i pustio ih da evoluiraju od pravih točaka do starih geezera. Njihov cilj? Umanjiti ulogu koju je u našem svemiru od Velikog praska igrala nevidljiva tvar zvana tamna tvar i što to znači za našu sudbinu.
Otkrivši da je naš svemir većinom sastavljen od tamne materije u kasnim 60-ima, znanstvenici su nagađali o njegovoj ulozi u stvaranju galaksija i njihovoj sposobnosti da s vremenom rađaju nove zvijezde.
Prema teoriji Velikog praska, nedugo nakon što se svemir rodio, fizičari nevidljive i neuhvatljive supstance nazvali su tamnu materiju i počeli se gomilati zajedno u gravitaciju u ogromne oblake zvane haloe tamne materije. Kako su haloi postajali sve veći, privlačili su se rijetki vodikov plin koji je prožimao svemir kako bi se sabrao i formirao zvijezde i galaksije koje danas vidimo. U ovoj teoriji, tamna tvar djeluje kao okosnica galaksija, diktirajući kako se one vremenom formiraju, spajaju i razvijaju.
Da bi bolje razumio kako je tamna tvar oblikovala ovu povijest svemira, Peter Behroozi, docent astronomije na Sveučilištu u Arizoni, i njegov tim stvorili su vlastite svemire pomoću školskog superračunala. 2000 procesora na računalu radilo je bez stanke u razdoblju od tri tjedna kako bi simulirali više od 8 milijuna jedinstvenih svemira. Svaki se svemir pojedinačno pridržavao jedinstvenog skupa pravila kako bi istraživačima pomogao da razumiju odnos tamne materije i evolucije galaksija.
"Na računalu možemo stvoriti mnogo različitih svemira i usporediti ih sa stvarnim, a to nam omogućuje da zaključimo koja pravila vode onom koji vidimo", rekao je Behroozi u izjavi.
Dok su se prethodne simulacije usredotočile na modeliranje pojedinih galaksija ili generiranje mock svemira s ograničenim parametrima, UniverseMachine je prvi od njegovih dometa. Program je kontinuirano stvarao milijune svemira, od kojih je svaka sadržavala 12 milijuna galaksija, a svakom je omogućeno da se razvija gotovo cijelu povijest stvarnog svemira od 400 milijuna godina nakon Velikog praska do danas.
„Veliko je pitanje:„ Kako se oblikuju galaksije? “, Rekla je istraživačica istraživanja Risa Wechsler, profesorica fizike i astrofizike na Sveučilištu Stanford. "Stvarno zgodna stvar ove studije je da možemo upotrijebiti sve podatke koje imamo o evoluciji galaksija - brojeve galaksija, koliko zvijezda imaju i kako te zvijezde formiraju - i to zajedno staviti u sveobuhvatnu sliku posljednje 13 milijardi godina svemira. "
Stvaranje replike našeg svemira, ili čak galaksije, zahtijevalo bi neobjašnjivu količinu računalne snage. Tako su Behroozi i njegovi kolege usredotočili fokus na dva ključna svojstva galaksija: njihovu kombiniranu masu zvijezda i brzinu kojom rađaju nove.
"Simuliranje jedne galaksije zahtijeva 10 do 48. računalne operacije", objasnio je Behroozi, pozivajući se na oktilnu operaciju, ili 1 koja slijedi 48 nula. "Sva računala na Zemlji zajedno to nisu mogla učiniti za sto godina. Dakle, da bismo samo simulirali jednu galaksiju, a kamoli 12 milijuna, morali smo to učiniti drugačije."
Dok računalni program rađa nove svemire, pretpostavlja kako je stopa stvaranja zvijezda u galaksiji povezana s njezinom starošću, prošlim interakcijama s drugim galaksijama i količinom tamne materije u njenom halou. Zatim uspoređuje svaki svemir sa stvarnim promatranjima, precizno prilagođavajući fizičke parametre sa svakom iteracijom kako bi bolje odgovarao stvarnosti. Krajnji rezultat je svemir koji je gotovo identičan našem.
Prema Wechsleru, njihovi rezultati pokazali su da je brzina kojom galaksije rađaju zvijezde čvrsto povezana s masom njihovih halosa tamne materije. Galaksije s halo masama tamne materije najsličnije našoj vlastitoj Mliječnoj stazi imale su najveći postotak formiranja zvijezda. Objasnila je da stvaranje zvijezda guši u masivnijim galaksijama obiljem crnih rupa
Njihova su promatranja također dovodila u pitanje dugogodišnja uvjerenja da je tamna tvar ometala stvaranje zvijezda u ranom svemiru.
"Kako se vraćamo ranije i ranije u svemir, očekivali bismo da će tamna tvar biti gušća, a samim tim i plin postaje sve topliji i topliji. To je loše za stvaranje zvijezda, pa smo mislili da će mnoge galaksije u ranim vremenima svemir je davno trebao prestati formirati zvijezde ", rekao je Behroozi. "Ali otkrili smo suprotno: Galaksije određene veličine imale su veću vjerojatnost da će formirati zvijezde s većom brzinom, suprotno očekivanjima."
Sada, tim planira proširiti UniverseMachine kako bi testirao više načina na koje bi tamna tvar mogla utjecati na svojstva galaksija, uključujući kako se njihovi oblici razvijaju, masu njihovih crnih rupa i koliko često njihove zvijezde idu u supernove.
"Za mene je najuzbudljivije to što sada imamo model gdje možemo početi postavljati sva ta pitanja u okviru koji djeluje", rekao je Wechsler. "Imamo model koji je jeftin računski, da u osnovi možemo izračunati cijeli svemir u sekundi, a onda si to možemo priuštiti milijunima puta i istražiti sav prostor parametara."
Istraživačka skupina objavila je svoje rezultate u rujanskom broju časopisa Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
