Змодельоване зображення, яке показує розподіл матерії у Всесвіті. Автор зображення: MPG. Натисніть, щоб збільшити.
Консорціум Virgo, міжнародна група астрофізиків із Великобританії, Німеччини, Японії, Канади та США, сьогодні (2 червня) оприлюднив перші результати найбільшого та найбільш реалістичного моделювання зростання космічної структури та формування галактик та квазари. У статті, опублікованій в Nature, Консорціум Virgo показує, як порівняння таких змодельованих даних з великими спостереженнями може виявити фізичні процеси, що лежать в основі нарощування реальних галактик і чорних дір.
«Моделювання тисячоліття» використовувало понад 10 мільярдів частинок матерії, щоб простежити еволюцію розподілу речовини в кубічному регіоні Всесвіту на відстані понад 2 мільярди світлових років збоку. Основний суперкомп’ютер у суперкомп’ютерному центрі Товариства Макса Планка в Гархінгу, Німеччина, він окупував більше місяця. Застосовуючи складні методи моделювання до 25 терабайт (25 мільйонів мегабайт) збереженого результату, вчені Virgo можуть відтворити еволюційну історію для приблизно 20 мільйонів галактик, які населяють цей величезний об’єм, і для надмасивних чорних дір, які іноді розглядаються як квазари в їхньому серці. .
Телескопи, чутливі до мікрохвиль, змогли безпосередньо зобразити Всесвіт, коли йому було всього 400 000 років. Єдиною структурою на той час були слабкі брижі в однорідному морі матерії та радіації. Згодом гравітаційна еволюція перетворила ці брижі на надзвичайно багату структуру, яку ми бачимо сьогодні. Саме цьому зростанню покликане наслідувати Симулятор Тисячоліття з двома цілями: перевірити, чи ця нова парадигма космічної еволюції дійсно відповідає тому, що ми бачимо, і дослідити складну фізику, яка породила галактики та їх центральні чорні діри. .
Останні досягнення в космології демонструють, що близько 70 відсотків нашого Всесвіту в даний час складається з темної енергії, таємничого силового поля, яке змушує його розширюватися все швидше. Приблизно одна чверть, очевидно, складається з холодної темної матерії, нового типу елементарних частинок, які ще безпосередньо не виявлені на Землі. Лише близько 5 відсотків складається зі звичайної атомної речовини, з якою ми знайомі, більшість з яких складається з водню та гелію. Усі ці компоненти розглядаються в Millennium Simulation.
У своїй статті про природу вчені Virgo використовують моделювання тисячоліття для вивчення раннього зростання чорних дір. Цифрове дослідження неба Слоана (SDSS) виявило ряд дуже далеких і дуже яскравих квазарів, які, здається, містять чорні діри, що принаймні в мільярд разів більші за Сонце в той час, коли Всесвіт був менше ніж на десяту частину свого теперішнього віку.
«Багато астрономів вважали, що це неможливо узгодити з поступовим зростанням структури, передбаченим стандартною картиною», — каже доктор Волкер Шрінгель (Інститут астрофізики Макса Планка, Гархінг), керівник проекту Millennium і перший автор статті, «Поки що , коли ми випробували наше моделювання формування галактик і квазарів, ми виявили, що кілька масивних чорних дір утворилися досить рано, щоб пояснити ці дуже рідкісні квазари SDSS. Їхні галактичні хазяїни вперше з’являються в даних тисячоліття, коли Всесвіту лише кілька сотень мільйонів років, і на сьогоднішній день вони стали найбільш масивними галактиками в центрах найбільших скупчень галактик».
Для професора Карлоса Френка (Інститут обчислювальної космології, Університет Дарема), керівника Virgo у Великобританії, найцікавішим аспектом попередніх результатів є той факт, що моделювання тисячоліття вперше демонструє, що характерні закономірності відбиті на матерії. поширення в ранні епохи і видиме безпосередньо на мікрохвильових картах, все ще має бути присутнім і повинно бути виявлено в спостережуваному розподілі галактик. «Якщо ми зможемо досить добре виміряти коливання баріонів, – каже професор Френк, – то вони нададуть нам стандартний вимірювальний стрижень, щоб охарактеризувати геометрію та історію розширення Всесвіту і таким чином дізнатися про природу Темної енергії».
«Ці моделювання створюють приголомшливі зображення і є важливою віхою в нашому розумінні того, як формувався ранній Всесвіт». сказав виконавчий директор PPARC, професор Річард Вейд. «Симуляція тисячоліття є блискучим прикладом взаємодії теорії та експерименту в астрономії, оскільки останні спостереження астрономічних об’єктів можна використовувати для перевірки передбачень теоретичних моделей історії Всесвіту».
За словами професора Саймона Уайта (Інститут астрофізики Макса Планка), який очолює роботу Virgo у Німеччині, найцікавіші та далекосяжні застосування моделювання тисячоліття ще попереду. «Нові кампанії спостережень дають нам безпрецедентну точну інформацію про властивості галактик, чорних дір і великомасштабну структуру нашого Всесвіту», – зауважує він. «Наша здатність передбачати наслідки наших теорій повинна досягти відповідного рівня точності, якщо ми хочемо ефективно використовувати ці опитування, щоб дізнатися про походження та природу нашого світу. Millennium Simulation — унікальний інструмент для цього. Наше найбільше завдання зараз полягає в тому, щоб зробити його потужність доступною для астрономів у всьому світі, щоб вони могли вставляти власне моделювання утворення галактик і квазарів, щоб інтерпретувати свої власні спостереження».
Оригінальне джерело: прес-реліз PPARC