Όλη η εξέλιξη του Σύμπαντος σε... 4 λεπτά, Scientists Just Created The Best Simulation Of The Universe Ever

Ομάδα επιστημόνων δημιούργησε την πιο ολοκληρωμένη οπτική προσομοίωση. This large-scale picture of the universe, created by Illustris, shows clouds of cold gas where stars are formed (green), warmer gas (blue), and hot regions around galaxies (red). Credit: Illustris Collaboration

Την πιο ολοκληρωμένη οπτική προσομοίωση της εξελικτικής πορείας του σύμπαντος, ξεκινώντας λίγο μετά τη δημιουργία του με τη Μεγάλη Έκρηξη πριν από 13,8 δισεκατομμύρια χρόνια και φθάνοντας μέχρι σήμερα, πραγματοποίησε μια ομάδα Αμερικανών και Γερμανών αστροφυσικών και κοσμολόγων, με τη βοήθεια ισχυρών υπερυπολογιστών.

Το ακριβέστερο μοντέλο

The universe burst into existence 13.8 billion years ago in the Big Bang. But scientists are still trying to understand how cosmic features evolved between then and present day. Credit: Nature

Είναι η πρώτη φορά που το σύμπαν έχει «μοντελοποιηθεί» με τόσο μεγάλη ακρίβεια, πράγμα που, μεταξύ άλλων, θα βοηθήσει στον έλεγχο της αξιοπιστίας διαφόρων επιστημονικών θεωριών σχετικά με την προέλευση και τη σύστασή του.

Scientists at MIT have traced 13 billion years of galaxy evolution, from shortly after the Big Bang to the present day. Their simulation, named Illustris, captures both the massive scale of the Universe and the intriguing variety of galaxies -- something previous modelers have struggled to do. It produces a Universe that looks remarkably similar to what we see through our telescopes, giving us greater confidence in our understanding of the Universe, from the laws of physics to our theories about galaxy formation.

Η νέα προσομοίωση- μαμούθ με την ονομασία «Illustris» αποτελεί ένα είδος χρονομηχανής, επιτρέπει στους επιστήμονες να δουν με οπτικοποιημένο τρόπο αυτό που περιγράφουν οι εξισώσεις τους εδώ και χρόνια, όσον αφορά τη δημιουργία των άστρων και των γαλαξιών, ιδίως σε σχέση με τον ρόλο της σκοτεινής ύλης.

Large scale projection through the Illustris volume at z=0, centered on the most massive cluster, 15 Mpc/h deep. Shows dark matter density overlaid with the gas velocity field. Credit: Illustris Collaboration

Στην ουσία, πρόκειται για ένα εξελιγμένο πρόγραμμα λογισμικού, το οποίο ενσωματώνει τις βασικές κοσμολογικές θεωρίες και, στη συνέχεια, αναλαμβάνει το ίδιο να αναδημιουργήσει την «ιστορία» του σύμπαντος. Η προσομοίωση ξεκινά «μόλις» 12 εκατ. χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη και παρακολουθεί την εξέλιξη του σύμπαντος μέχρι να δημιουργηθεί στην εποχή μας ένα κύβος με πλευρά 350 εκατ. ετών φωτός, ο οποίος περιέχει 41.416 γαλαξίες. Οι μικρότερες δομές που δείχνει η προσομοίωση, έχουν έκταση περίπου 1.000 ετών φωτός.

Συνδυαστική ισχύς

Illustris captured the huge scales of the universe. Credit: Nature

Η όλη εργασία που δημοσιεύεται στην επιθεώρηση «Nature» και είχε επικεφαλής τον αστροφυσικό Μαρκ Βογκελσμπέργκερ του ΜΙΤ. Η προσομοίωση δίνει για πρώτη φορά ένα τελικό αποτέλεσμα που φαίνεται να επιβεβαιώνει τα βασικά αξιώματα της κοσμολογίας, καθώς συμφωνεί τόσο πολύ με τις πραγματικές παρατηρήσεις των αστρονόμων μέσω των επίγειων και διαστημικών τηλεσκοπίων- χωρίς πάντως να λείπουν και οι μεταξύ τους διαφορές, κάτι που πρέπει να εξηγηθεί στο μέλλον.

Το νέο συμπαντικό μοντέλο κατέστη εφικτό χάρη στη συνδυασμένη επεξεργαστική ισχύ αρκετών αμερικανικών και ευρωπαϊκών υπερυπολογιστών που χρησιμοποιήθηκαν. Ένας απλός φορητός ή επιτραπέζιος υπολογιστής θα χρειαζόταν 2.000 χρόνια για να «τρέξει» μια τέτοια προσομοίωση. Για τη δημιουργία της προσομοίωσης, η οποία είναι μία από τις πιο πολύπλοκες που έχουν ποτέ δημιουργηθεί για οποιονδήποτε λόγο και η οποία χρησιμοποιεί 12 δισεκατομμύρια τρισδιάστατα εικονοστοιχεία (πίξελ), χρειάστηκαν τρεις μήνες υπολογιστικής εργασίας, με τη βοήθεια των βελτιωμένων αλγόριθμων του «έξυπνου» λογισμικού Arepo.

Όπως είπε ο Βογκελσμπέργκερ, η προσομοίωση, μεταξύ άλλων, αναδεικνύει τον καθοριστικό ρόλο της σκοτεινής ύλης ως συνδετικού ιστού και «σκελετού» γύρω από τον οποίο συναρθρώνονται οι μεγάλες δομές των γαλαξιών. «Αν δεν την συμπεριλαμβάναμε, η προσομοίωση δεν θα έμοιαζε με το πραγματικό σύμπαν» όπως είπε. Η προσομοίωση επίσης είναι η πρώτη που δείχνει την ορατή ύλη να προκύπτει από τη σκοτεινή.

The simulation models both the stars and the galaxies that we can see and the dark matter that we can't see — but that makes up 95% of the universe. Credit: Nature

Εκτιμάται ότι το σύμπαν αποτελείται κατά περίπου 4% από κοινή ύλη, 23% από τη μυστηριώδη σκοτεινή ύλη και 73% από -την ακόμη πιο μυστηριώδη- σκοτεινή ενέργεια.