Simulovaný obrázek, který ukazuje distribuci hmoty ve vesmíru. Obrazový kredit: MPG. Klikni pro zvětšení.
Konsorcium Panny, mezinárodní skupina astrofyziků z Velké Británie, Německa, Japonska, Kanady a USA, dnes (2. června) zveřejnilo první výsledky největší a nejrealističtější simulace růstu kosmické struktury a formování galaxií a kvasary. V příspěvku publikovaném v časopisu Nature konzorcium Panna ukazuje, jak porovnání těchto simulovaných dat s velkými pozorovacími průzkumy může odhalit fyzické procesy, které jsou základem vytváření skutečných galaxií a černých děr.
„Millennium Simulation“ použila více než 10 miliard částic hmoty ke sledování vývoje distribuce hmoty v kubické oblasti vesmíru po dobu více než 2 miliard světelných let na straně. Hlavní superpočítač udržoval v superpočítačovém středisku Max Planck Society v Garchingu v Německu více než měsíc. Použitím sofistikovaných technik modelování na 25 terabajtů (25 milionů megabajtů) uložené produkce jsou vědci v Panně schopni znovu vytvořit evoluční historii přibližně pro 20 milionů galaxií, které zaplňují tento obrovský objem, a pro superhmotné černé díry příležitostně považované za kvasary ve svých srdcích .
Dalekohledy citlivé na mikrovlny byly schopny si představit vesmír přímo, když mu bylo pouhých 400 000 let. Jedinou strukturou v té době byly slabé vlnky v jinak rovnoměrném moři hmoty a záření. Gravitačně řízená evoluce později proměnila tyto vlnky v nesmírně bohatou strukturu, kterou dnes vidíme. Millennium Simulation je navržen tak, aby následoval tento růst, s dvojím cílem ověřit, zda je toto nové paradigma kosmického vývoje skutečně v souladu s tím, co vidíme, a prozkoumat komplexní fyziku, která dala vznik galaxiím a jejich centrálním černým otvorům .
Nedávný pokrok v kosmologii ukazuje, že asi 70 procent našeho vesmíru v současné době sestává z temné energie, tajemného silového pole, které způsobuje, že se stále rychleji rozšiřuje. Asi čtvrtina zřejmě sestává z Cold Dark Matter, nového druhu elementárních částic, které dosud nebyly na Zemi přímo detekovány. Pouze asi 5 procent je vyrobeno z běžné atomové hmoty, se kterou jsme obeznámeni, většina z toho sestává z vodíku a helia. Všechny tyto komponenty jsou zpracovány v simulaci tisíciletí.
V jejich článku Nature vědci z Panny používají simulaci tisíciletí ke studiu raného růstu černých děr. Sloan Digital Sky Survey (SDSS) objevil řadu velmi vzdálených a velmi jasných kvasarů, které se zdají být hostiteli černých děr nejméně miliardkrát hmotnější než Slunce v době, kdy byl vesmír menší než desetina jeho současného věku.
"Mnoho astronomů považovalo za nemožné sladit se s postupným růstem struktury předpovídané standardním obrázkem," říká dr. Volker Springel (Institut astrofyziky Maxe Plancka, Garching), vedoucí projektu Millennium a první autor článku, "Přesto , když jsme vyzkoušeli naše modelování formování galaxií a kvasarů, zjistili jsme, že několik masivních černých děr se vytvoří dostatečně brzy, aby odpovídaly za tyto velmi vzácné kvazary SDSS. Jejich hostitelé galaxií se poprvé objevují v datech tisíciletí, když je vesmír jen několik stovek milionů let, a do dnešní doby se stali nejmasivnějšími galaxiemi v centrech největších shluků galaxií. “
Pro profesora Carlosa Frenka (Ústav pro výpočetní kosmetiku, University of Durham), vedoucího panny ve Velké Británii, je nejzajímavějším aspektem předběžných výsledků skutečnost, že simulace tisíciletí poprvé prokazuje, že charakteristické vzory vtisknuté do záležitosti distribuce v časných epochách a viditelná přímo v mikrovlnných mapách, měla by být stále přítomna a měla by být detekovatelná při pozorované distribuci galaxií. "Pokud dokážeme dostatečně dobře měřit baryonové kroutí," říká Prof Frenk, "pak nám poskytnou standardní měřicí tyč, která charakterizuje geometrii a historii expanze vesmíru, a tak se dozvíte o povaze temné energie."
"Tyto simulace vytvářejí ohromující obrazy a představují významný milník v našem chápání toho, jak se časný vesmír formoval." uvedl generální ředitel PPARC, profesor Richard Wade. "Simulace tisíciletí je skvělým příkladem interakce mezi teorií a experimentem v astronomii, protože nejnovější pozorování astronomických objektů lze použít k testování předpovědí teoretických modelů historie vesmíru."
Nejzajímavější a dalekosáhlé aplikace simulace tisíciletí musí přijít podle prof. Simona Whitea (Institut Maxe Plancka pro astrofyziku), který stojí v čele úsilí Panny v Německu. "Nové pozorovací kampaně nám poskytují informace o bezprecedentní přesnosti o vlastnostech galaxií, černých děr a rozsáhlé struktuře našeho vesmíru," poznamenává. „Naše schopnost předpovídat důsledky našich teorií musí dosáhnout odpovídající úrovně přesnosti, pokud chceme tyto průzkumy efektivně využít, abychom se dozvěděli o původu a povaze našeho světa. Simulace tisíciletí je pro tento účel jedinečným nástrojem. Naší největší výzvou je nyní zpřístupnit svoji sílu astronomům všude, aby mohli vložit své vlastní modelování galaxií a kvasarů, aby mohli interpretovat své vlastní pozorovací průzkumy. “
Původní zdroj: PPARC News Release
