Крупнейшее в истории моделирование Вселенной может наконец показать, как мы сюда попали
Как мы сюда попали? Не только мы, люди, карабкаемся по бледно-голубой точке, мчимся вокруг звезды, мчимся вокруг сверхмассивной черной дыры, мчимся через местное скопление. Но как сюда попала точка, и звезда, и черная дыра, и скопление?
Как непостижимо огромное все всего этого попало туда, где оно находится сейчас , из невообразимого ничего, миллиарды лет назад?
Вот и всё, правда, вопрос из вопросов. И в рамках крупнейшего на сегодняшний день проекта такого рода астрономы пытаются найти ответы, проводя компьютерное моделирование всей Вселенной.
Они называются моделированием ФЛАМИНГО (Полногидро-крупномасштабная структура). моделирование с картографированием всего неба для интерпретации наблюдений следующего поколения), запущенное на суперкомпьютере на объекте DiRAC в Великобритании.
Эти симуляции являются интенсивными. Они предназначены для расчета эволюции всех известных компонентов Вселенной.
Это обычная материя: звезды; галактики; все вещи, к которым мы могли прикоснуться (это могло нас убить, но мы могли бы); темная материя – загадочная масса, создающая странную дополнительную гравитацию; и темная энергия – таинственная сила, ускоряющая расширение Вселенной.
В самой крупной из этих симуляций содержится 300 миллиардов частиц с массой маленькой галактики в кубическом объёме пространства с краями в 10 миллиардов света. лет.
«Чтобы сделать это моделирование возможным, мы разработали новый код SWIFT, который эффективно распределяет вычислительную работу между 30 тысячами процессоров», – объясняет астроном Матье Шаллер из Лейденского университета.
Первоначальные результаты были опубликованы в трех статьях: первая с описанием методов, вторая с описанием моделирования и третья с результатами. описывающая крупномасштабную структуру Вселенной в холодной темной материи.
В частности, третья статья была направлена на рассмотрение так называемого сигма 8, или напряжения S8. Это основано на измерении Вселенной, называемом космическим микроволновым фоном – слабым микроволновым излучением, которое заполняет Вселенную с эпохи сразу после Большого взрыва. Анализ этого света предполагает, что Вселенная к настоящему времени должна была слипнуться сильнее, чем сейчас.
Поскольку это напряжение представляет собой серьезную проблему для модели Вселенной из холодной темной материи, согласно которой должно происходить слипание, исследователи надеются, что ФЛАМИНГО сможет дать некоторые ответы.
Пока им не удалось разрешить противоречие – это было бы огромной новостью для космологии – но у них есть кое-что в проведении моделирования: и нормальная материя, и нейтрино. необходимы для точных предсказаний.
«Хотя темная материя доминирует в гравитации, вкладом обычной материи больше нельзя пренебрегать», — говорит руководитель исследования и астроном Йооп Шайе из Лейденского университета, — «поскольку этот вклад может быть аналогично отклонениям между моделями и наблюдениями».
Моделирование, включающее нормальную материю, запустить труднее. Известно, что темная материя взаимодействует со Вселенной только гравитационно; нормальная материя также взаимодействует с давлением, таким как радиационное давление, и галактическими ветрами, которые непредсказуемы и трудно моделируются. Для его работы требуется гораздо больше вычислительной мощности, поэтому нам придется немного подождать ответов о напряженности S8 от FLAMINGO.
Однако , исследователи провели серию симуляций, которые отслеживают формирование структуры Вселенной с помощью темной материи, нормальной материи и нейтрино, варьируя параметры всех трех, чтобы увидеть, как это повлияет на конечный результат.
«Эффект галактических ветров был откалиброван с помощью машинного обучения путем сравнения предсказаний множества различных моделей относительно небольших объемов с наблюдаемыми массами галактик и распределением газа в скоплениях галактик», — объясняет астроном Рой Кугель из Лейденского университета. .
Команда еще не обнародовала свои данные FLAMINGO, поскольку их размер составляет несколько петабайт. Всем, кто заинтересован, рекомендуется вежливо задать вопрос соответствующему автору.
Исследование опубликовано в Ежемесячных уведомлениях Королевского астрономического общества. Эти три статьи можно найти здесь, здесь и здесь.
