Az asztrofizikusok csoportja éppen 8 millió egyedi univerzumot hozott létre egy szuperszámítógép belsejében, és hagyta, hogy azok átalakuljanak az egészből a régi geezerekké. Céljuk? Kihúzzuk azt a szerepet, amelyet egy sötét anyagnak nevezett láthatatlan anyag játszott univerzumunk életében a Nagyrobbanás óta, és mit jelent ez sorsunk számára.
Miután felfedezték, hogy világegyetemünk az 1960-as évek végén elsősorban sötét anyagból áll, a tudósok arra gondoltak, hogy milyen szerepet játszik a galaxisok kialakulásában, és hogy képesek-e idővel új csillagokat szülni.
A Nagyrobbanás elmélete szerint nem sokkal az univerzum születése után egy láthatatlan és megfoghatatlan anyag, a sötét anyagot nevezve, a fizikusok a gravitációs erő által összerakódtak a masszív felhőkbe, amelyeket sötét anyaghalogóknak hívtak. Ahogy a halogók mérete növekedett, vonzza az univerzumot áteresztő ritka hidrogéngázt, hogy összekapcsolódjanak, és képezzék a ma látható csillagokat és galaxisokat. Ebben az elméletben a sötét anyag a galaxisok gerincét képezi, és diktálja, hogyan alakulnak, egyesülnek és fejlődnek az idő múlásával.
Annak jobb megértése érdekében, hogy a sötét anyag hogyan formálta ezt az univerzumtörténetet, Peter Behroozi, az Arizonai Egyetem csillagászatának adjunktusa és csapata az iskola szuperszámítógépe segítségével saját univerzumokat hozott létre. A számítógép 2000 processzora szünet nélkül dolgozott három hét alatt, több mint 8 millió egyedi univerzum szimulálására. Mindegyik univerzum külön-külön betartotta a szabályok egyediségét, hogy segítsen a kutatóknak megérteni a sötét anyag és a galaxisok fejlődése közötti kapcsolatot.
"A számítógépen sok különböző univerzumot hozhatunk létre, és összehasonlíthatjuk azokat a ténylegeshez, és ez lehetővé teszi a következtetést arra, hogy melyik szabály vezet ahhoz, amit látunk" - mondta Behroozi nyilatkozatában.
Míg a korábbi szimulációk egyetlen galaxis modellezésére vagy korlátozott paraméterekkel rendelkező ál-univerzumok generálására összpontosítottak, addig az UniverseMachine alkalmazási köre az első. A program folyamatosan több millió univerzumot hozott létre, amelyek mindegyike 12 millió galaxist tartalmaz, és mindegyik lehetővé tette, hogy a valódi világegyetem szinte teljes története során fejlődjön, a Nagyrobbanást követő 400 millió évvel a mai napig.
"A nagy kérdés az, hogy" Hogyan alakulnak ki a galaxisok? "" - mondta Risa Wechsler, a Stanford Egyetem fizika és asztrofizika professzora. "Ebben a tanulmányban az a nagyon jó dolog, hogy felhasználhatjuk az összes információt, amely a galaxisok evolúciójáról van - a galaxisok számát, hány csillaguk van és hogyan képezik ezeket a csillagokat -, és ezeket az utóbbi átfogó képet képezzük A világegyetem 13 milliárd éve. "
Univerzumunk, vagy akár egy galaxis másolatának elkészítéséhez megmagyarázhatatlan mennyiségű számítási teljesítményre lenne szükség. Tehát Behroozi és kollégái a galaxisok két kulcsfontosságú tulajdonságára szűkítették a figyelmüket: a csillagok együttes tömegére és az új születési sebességükre.
"Egy galaxis szimulálása 10-től 48-ig tartó számítási műveleteket igényel" - magyarázta Behroozi, hivatkozva egy oktillionműveletre, vagy az 1-re, amelyet 48 nulla követ. "A Földön lévő összes számítógép együttesen nem tudta ezt megtenni száz év alatt. Tehát csak egy galaxis, csak a 12 millióról való szimulációjára való szimulációra volt szükségünk."
Ahogy a számítógépes program új univerzumokat szaporít, kitalálja, hogy a galaxis csillagképződési sebessége hogyan függ össze a korával, a múltbeli kölcsönhatásokkal más galaxisokkal és a sötét anyag mennyiségével a halo-ban. Ezután összehasonlítja az egyes univerzumokat valódi megfigyelésekkel, finomhangolva a fizikai paramétereket minden iterációval, hogy jobban megfeleljen a valóságnak. A végeredmény egy univerzum, amely majdnem megegyezik a sajátunkkal.
Wechsler szerint az eredmények azt mutatták, hogy a galaxisok csillagok születési sebessége szorosan kapcsolódik a sötét anyag halogéneik tömegéhez. A saját Tejútunkhoz leginkább hasonlító sötét anyagú halogén tömegű galaxisok csillagképződésének aránya volt a legmagasabb. Elmondta, hogy a csillagképződést a hatalmasabb galaxisokban elfojtják a sok lyuk
Megfigyeléseik megkérdőjelezték a régóta fennálló hiedelmeket is, miszerint a sötét anyag elfojtotta a csillagképződést a korai világegyetemben.
"Ahogyan visszatérünk korábban és korábban az univerzumban, arra számíthatnánk, hogy a sötét anyag sűrűbb lesz, és ezért a gáz egyre melegebb lesz. Ez rossz a csillagképződés szempontjából, ezért azt gondoltuk, hogy sok galaxis a korai szakaszban van. az univerzumnak már régen abba kellett hagynia a csillagok kialakulását "- mondta Behroozi. "De az ellenkezőjét találtuk meg: egy adott méretű galaxisok nagyobb valószínűséggel nagyobb csillagokat képeznek, ellentétben az elvárásokkal."
Most a csapat azt tervezi, hogy kibővíti az UniverseMachine-t, hogy megvizsgálja a sötét anyag további hatásait a galaxisok tulajdonságain, ideértve alakjuk alakulását, fekete lyukaik tömegét és a csillagok gyakoriságát supernóvaként.
"Számomra a legizgalmasabb dolog az, hogy most van egy olyan modellünk, ahol elkezdhetjük feltenni ezeket a kérdéseket egy működő keretben" - mondta Wechsler. "Van egy olyan modellünk, amely elég olcsón képes számítástechnikai szempontból, hogy alapvetően körülbelül egy másodperc alatt kiszámolhatjuk az egész univerzumot. Akkor megengedhetjük magának, hogy ezt több milliószor megcsináljuk, és felfedezzük az összes paraméterteret."
A kutatócsoport eredményeit a Királyi Csillagászati Társaság havi értesítései szeptemberi számában tette közzé.
