Az ősidők óta a filozófusok és tudósok igyekeztek meghatározni, hogyan kezdődött a létezés. A modern csillagászat születésével ez a hagyomány folytatódott, és létrehozta a kozmológia néven ismert területet. És a szuperszámítás segítségével a tudósok képesek olyan szimulációk elvégzésére, amelyek megmutatják, hogy az első csillagok és galaxisok miként alakultak az univerzumunkban és hogyan fejlődtek több milliárd év alatt.
A közelmúltig a legszélesebb körű és legteljesebb tanulmány az „Illustrus” szimuláció volt, amely a galaxisok kialakulásának folyamatát vizsgálta az elmúlt 13 milliárd év során. A saját rekorduk megsemmisítése céljából ugyanaz a csapat a közelmúltban elkezdte az „Illustris, The Next Generation” vagy „IllustrisTNG” néven ismert szimulációt. E megállapítások első fordulóját nemrégiben tettek közzé, és várhatóan további néhányat követnek majd.
Ezek az eredmények a cikkben nemrégiben megjelent három cikkben szerepelnek A Királyi Csillagászati Társaság havi értesítései. Az Illustris csapat a Heidelberg Elméleti Tanulmányok Intézetének, a Max-Planck Asztrofizikai és Asztrológiai Intézeteknek, a Harvard Egyetem Massachusetts Technológiai Intézetének és a New York-i Számítógépes asztrofizika központjának kutatóiból áll.
A Hazel Hen szuperszámítógépet használva a Stuttgarti Nagyteljesítményű Számítástechnikai Központban (HLRS) - a három világszínvonalú német szuperszámítógépes eszköz egyike között, amely a Gauss Szuperszámítógép-központot (GCS) foglalja magában - a csapat egy szimulációt készített, amely segít ellenőrizni és bővíteni a világegyetem legkorábbi szakaszaira vonatkozó meglévő kísérleti ismeretekről - azaz arról, hogy mi történt a nagy robbanás után 300 000 évvel a mai napig.
A szimuláció elkészítéséhez a csoport az egyenleteket (mint például az általános relativitáselmélet) és a modern megfigyelésekből származó adatokat egy hatalmas számítási kockába egyesítette, amely az univerzum nagy keresztmetszetét képviseli. Bizonyos folyamatok, például a csillagképződés és a fekete lyukak növekedése esetén a kutatókat arra kényszerítették, hogy a megfigyelések alapján feltételezésekre támaszkodjanak. Ezután numerikus modelleket alkalmaztak ennek a szimulált univerzumnak a mozgására.
Az előző szimulációikhoz képest az IllustrisTNG három különböző univerzumból állt, három különböző felbontásban - ezek közül a legnagyobb 1 milliárd fényév (300 megaparss) volt. Ezenkívül a kutatócsoport a mágneses terek pontosabb elszámolását is beillesztette, ezáltal javítva a pontosságot. Összességében a szimuláció 24 000 magot használt a Hazel Hen szuperszámítógépen összesen 35 millió magóra.
Ahogyan egy professzor, Dr. Volker Springel, a Heidelberg Elméleti Tanulmányok Intézetének professzora és kutatója, valamint a projekt fő kutatója elmagyarázta a Gauss Center sajtóközleményében:
„A mágneses mezők különféle okokból érdekes. A kozmikus gázra gyakorolt mágneses nyomás időnként megegyezik a termikus (hőmérsékleti) nyomással, vagyis ha ezt elhanyagolja, akkor ezeket a hatásokat el fogja hagyni, és végül veszélyezteti az eredményeit. ”
Egy másik jelentős különbség a friss lyukfizika beépítése volt a közelmúltbeli megfigyelési kampányok alapján. Ez olyan bizonyítékokat is tartalmaz, amelyek kimutatják a korrelációt a szupermasszív fekete lyukak (SMBH) és a galaktikus evolúció között. Lényegében az SMBH-król ismert, hogy hatalmas mennyiségű energiát bocsátanak ki sugárzás és részecske fúvókák formájában, amelyek megállíthatják a csillagképződést egy galaxisban.
Noha a kutatók minden bizonnyal tisztában voltak ezzel a folyamatgal az első szimuláció során, nem befolyásolták, hogy ez miként képes teljes mértékben megállítani a csillagképződést. Azáltal, hogy a szimulációba mind a mágneses terek, mind a fekete lyuk fizikájának frissített adatait beillesztette, a csoport nagyobb összefüggést látott az adatok és a megfigyelések között. Ezért magabiztosabbak az eredmények iránt, és úgy vélik, hogy ez a mai napig a legpontosabb szimulációt képviseli.
De ahogy Dr. Dylan Nelson - a Max Planck Csillagászati Intézet fizikusa és a llustricTNG tagja - elmagyarázta, a jövőbeli szimulációk valószínűleg még pontosabbak lesznek, feltételezve, hogy a szuperszámítógépek fejlődése folytatódik:
„A megnövekedett memória és a feldolgozási erőforrások a következő generációs rendszerekben lehetővé teszik számunkra, hogy az univerzum nagy köteteit nagyobb felbontással szimuláljuk. A nagy mennyiségek fontos szerepet játszanak a kozmológiában, az univerzum nagyméretű felépítésének megértésében és szilárd előrejelzések készítésében a nagy megfigyelési projektek következő generációjára. A nagy felbontás fontos az egyes galaxisokon belül zajló folyamatok fizikai modelljeinek javításához a szimulációnk során. "
Ez a legújabb szimuláció a GCS munkatársainak széles körű támogatása révén is lehetővé vált, akik a kutatócsoportot segítették kódolásukkal kapcsolatos ügyekben. Ez egy hatalmas együttműködési erőfeszítés eredménye, amely összehozta a világ minden tájáról származó kutatókat és összekapcsolta őket a szükséges erőforrásokkal. Végül, de nem utolsósorban megmutatja, hogy az alkalmazott kutatás és az elméleti kutatás közötti fokozott együttműködés jobb eredményekhez vezet.
A jövőre nézve a csapat reméli, hogy a legújabb szimuláció eredményei még hasznosabbnak bizonyulnak, mint az előző. Az eredeti Illustris adatközlés több mint 2000 regisztrált felhasználót szerez, és 130 tudományos tanulmány közzétételét eredményezte. Mivel ez pontosabb és naprakész, a csapat azt várja, hogy több felhasználót találjon, és újabb úttörő kutatásokat eredményezzen.
Ki tudja? Lehet, hogy valamikor elkészíthetünk egy szimulációt, amely teljes pontossággal megragadja világegyetem kialakulását és fejlődését. Időközben ne felejtsd el élvezni ezt az első Illustris Szimulációs videót, amely a csapat tagja és Mark Vogelsberger MIT fizikus jóvoltából szól:
