Od davnina su filozofi i učenjaci nastojali utvrditi kako je postojanje započelo. Rođenjem moderne astronomije ta se tradicija nastavila i nastala u području poznatom kao kozmologija. Uz pomoć superračunanja, znanstvenici su u mogućnosti izvesti simulacije koje pokazuju kako su se prve zvijezde i galaksije formirale u našem Svemiru i razvijale se tijekom milijardi godina.
Donedavno je najopsežnija i najcjelovitija studija bila simulacija "Illustrus" koja je proučavala proces formiranja galaksija tijekom posljednjih 13 milijardi godina. Želeći srušiti vlastiti rekord, isti tim nedavno je započeo provoditi simulaciju poznatu kao "Illustris, slijedeća generacija" ili "IllustrisTNG". Prvi krug ovih otkrića nedavno je objavljen, a očekuje se da će uslijediti još nekoliko.
Ovi se nalazi pojavili u tri članaka nedavno objavljena u časopisu Mjesečne obavijesti Kraljevskog astronomskog društva, Illustrisov tim čine istraživači iz Heidelbergovog instituta za teoretske studije, Instituta Max-Planck za astrofiziku i astronomiju, Tehnološkog instituta u Massachusettsu, Sveučilišta Harvard i Centra za računsku astrofiziku u New Yorku.
Pomoću superračunala Hazel Hen u Računalnom centru visokih performansi Stuttgart (HLRS) - jednom od tri njemačka superračunala u svjetskoj klasi koja čine Gaussov centar za superračunanje (GCS) - tim je izveo simulaciju koja će pomoći da se provjeri i proširi o postojećim eksperimentalnim saznanjima o najranijim fazama svemira - tj. onome što se događalo od 300 000 godina nakon Velikog praska do danas.
Da bi stvorili ovu simulaciju, tim je kombinirao jednadžbe (poput Teorije opće relativnosti) i podatke iz modernih opažanja u masivnu računalnu kocku koja je predstavljala veliki presjek Svemira. Za neke procese, poput stvaranja zvijezda i rasta crnih rupa, istraživači su bili prisiljeni osloniti se na pretpostavke na temelju opažanja. Zatim su koristili numeričke modele da bi pokrenuli ovaj simulirani Univerzum u pokretu.
U usporedbi s njihovom prethodnom simulacijom, IllustrisTNG se sastojao od 3 različita svemira u tri različite rezolucije - od kojih je najveća izmjerila 1 milijardu svjetlosnih godina (300 megaparseka). Osim toga, istraživački tim uključio je preciznije računovodstvo magnetskih polja, poboljšavajući na taj način točnost. Ukupno je simulacija koristila 24.000 jezgara na superračunalu Hazel Hen za ukupno 35 milijuna jezgrenih sati.
Kao što je prof. Dr. Volker Springel, profesor i istraživač Heidelbergovog instituta za teoretske studije i glavni istraživač projekta, objasnio u izjavi za medije Gauss Center:
„Magnetska polja su zanimljiva iz više razloga. Magnetski pritisak koji djeluje na kozmički plin može povremeno biti jednak toplinskom (temperaturnom) tlaku, što znači da će, ako to zanemarite, propustiti ove efekte i na kraju ugroziti svoje rezultate. "
Druga velika razlika bila je uključivanje ažurirane fizike crnih rupa na temelju nedavnih promatračkih kampanja. Ovo uključuje dokaze koji pokazuju povezanost supermasivne crne rupe (SMBH) i evolucije galaktika. U biti, poznato je da SMBH odašilju ogromnu količinu energije u obliku zračenja i mlaznica čestica, što može imati zaustavljajući učinak na stvaranje zvijezda u galaksiji.
Iako su istraživači sigurno bili svjesni ovog procesa tijekom prve simulacije, nisu uzimali u obzir kako on može u potpunosti zaustaviti stvaranje zvijezda. Uključivanjem ažuriranih podataka o magnetskim poljima i fizikama crnih rupa u simulaciju, tim je uočio veću povezanost podataka i opažanja. Stoga su sigurniji u rezultate i vjeruju da to predstavlja najprecizniju simulaciju do sada.
No, kako je objasnio dr. Dylan Nelson - fizičar s Instituta za astronomiju Maxa Plancka i član ilustracijeTNG, buduće simulacije vjerojatno će biti još preciznije, pod pretpostavkom da se napredak u superračunalima nastavi:
„Povećana memorija i resursi za obradu u sustavima nove generacije omogućit će nam da simuliramo velike količine svemira s većom rezolucijom. Velike količine važne su za kozmologiju, razumijevanje strukture svemira velikih razmjera i stvaranje čvrstih predviđanja za sljedeću generaciju velikih promatračkih projekata. Visoka razlučivost važna je za poboljšanje naših fizičkih modela procesa koji se odvijaju unutar pojedinih galaksija u našoj simulaciji. "
Ova najnovija simulacija također je omogućena zahvaljujući opsežnoj podršci osoblja GCS-a, koji je istraživačkom timu pomagao u pitanjima vezanim za njihovo kodiranje. Također je bio rezultat ogromnog zajedničkog napora koji je okupio istraživače iz cijelog svijeta i ujedinio ih sa potrebnim resursima. Posljednje, ali ne najmanje bitno, pokazuje kako pojačana suradnja između primijenjenog i teorijskog istraživanja dovodi do boljih rezultata.
Gledajući unaprijed, tim se nada da će se rezultati ove najnovije simulacije pokazati još korisnijim od posljednje. Izvorno izdanje podataka Illustris steklo je preko 2000 registriranih korisnika i rezultiralo je objavljivanjem 130 znanstvenih studija. S obzirom na to da je ovaj model precizniji i suvremeniji, tim očekuje da će pronaći više korisnika i rezultirati još novijim novijim istraživanjima.
Tko zna? Možda ćemo jednog dana stvoriti simulaciju koja s punom točnošću bilježi stvaranje i evoluciju našeg Svemira. U međuvremenu, uživajte u ovom videu prve Illustris simulacije, ljubaznošću člana tima i fizičara MIT-a Marka Vogelsbergera:
