Νέα προσομοίωση της εξέλιξης του σύμπαντος. New simulation could shed light on dark energy and expansion of the universe

Για πρώτη φορά ένα πρόγραμμα προσομοίωσης της εξέλιξης του σύμπαντος χρησιμοποιεί στους υπολογισμούς του εξισώσεις από τη γενική θεωρία της σχετικότητας του Αϊνστάιν κι όχι την Νευτώνεια θεωρία της βαρύτητας. While many models of the universe currently exist, simulations are typically based on those built on Newton’s theory of gravity. The new tool, however, is based on Einstein’s theory of general relativity. Photograph: William Radcliffe/Science Faction/Corbis

Οι αριθμητικές προσομοιώσεις είναι χρήσιμα εργαλεία που μας δίνουν πληροφορίες σχετικά με τον σχηματισμό και την περίπλοκη εξέλιξη των μεγάλων δομών στο σύμπαν μας. Αυτή η διαδικασία  διέπεται κυρίως από τη βαρύτητα, η οποία είναι η κυρίαρχη δύναμη σε μεγάλες κλίμακες.

Μέχρι σήμερα, έναν  αιώνα μετά τη διατύπωση της γενικής θεωρίας της σχετικότητας, τα υπολογιστικά προγράμματα που προσομοιώνουν τον σχηματισμό των κοσμικών δομών εξακολουθούν να χρησιμοποιούν την Νευτώνεια βαρύτητα. Αυτή η προσέγγιση βασίζεται σε δυο υποθέσεις: ότι τα βαρυτικά πεδία είναι ασθενή και ότι οφείλονται μόνο σε μη σχετικιστική ύλη. Ενώ η πρώτη υπόθεση φαίνεται να είναι απόλυτα δικαιολογημένη στις κοσμολογικές κλίμακες, η δεύτερη επιβάλλει περιορισμούς στην φύση των «σκοτεινών» συνιστωσών του σύμπαντος  (σκοτεινή ύλη και σκοτεινή ενέργεια), οι οποίες είναι ελάχιστα κατανοητές.

Οι ερευνητές Adamek et al στην εργασία τους με τίτλο «General relativity and cosmic structure formation» παρουσιάζουν τις πρώτες προσομοιώσεις σχηματισμού και εξέλιξης των κοσμικών δομών, χρησιμοποιώντας εξισώσεις που προέρχονται από τη γενική σχετικότητα. Μελετούν λεπτομερώς τις μικρές σχετικιστικές επιπτώσεις στο πλαίσιο του καθιερωμένου κοσμολογικού προτύπου ΛCDM, οι οποίες δεν μπορούν να προκύψουν μέσα σε ένα καθαρά Νευτώνειο πλαίσιο.

Supplementary videos from the paper "General relativity and cosmic structure formation," authored by Julian Adamek, David Daverio, Ruth Durrer & Martin Kunz, published in Nature Physics (2016) doi:10.1038/nphys3673.

Με βάση τη γενική θεωρία της σχετικότητας, κατασκευάστηκε ένα νέο πρόγραμμα – ονομάζεται «gevolution» – που προσομοιώνει με μεγαλύτερη ακρίβεια την εξέλιξη του σύμπαντος. Επιτρέπει τον υπολογισμό μικρών αποκλίσεων από την Νευτώνεια βαρύτητα, κάτι που δεν κατάφερε καμία προσομοίωση μέχρι σήμερα και θα μπορούσε να ρίξει φως στη σκοτεινή ενέργεια, η οποία καθοδηγεί την επιταχυνόμενη διαστολή του σύμπαντος.

Το λογισμικό του προγράμματος είναι ένα εντυπωσιακό έργο, αλλά τα αποτελέσματα της προσομοίωσης μέχρι στιγμής, δεν προσφέρουν σημαντικές αλλαγές στην κατανόηση της εξέλιξης του σύμπαντος. Όταν όμως στην προσομοίωση προστεθούν τα νέα δεδομένα για τις κοσμικές δομές που αναμένονται, π.χ. από τον δορυφόρο «Ευκλείδη» της Ευρωπαϊκής Υπηρεσίας Διαστήματος, τότε ο κώδικας gevolution θα βοηθήσει στους ερευνητές να εμβαθύνουν στη φύση της σκοτεινής ενέργειας, της σκοτεινής ύλης και την εξέλιξη του σύμπαντος.

Πηγές: www.nature.com – theguardian.com