Tým astrofyziků právě vytvořil v superpočítači 8 milionů jedinečných vesmírů a nechal je vyvinout se z pouhých kousků na staré geezery. Jejich cíl? Zničit roli, kterou v životě našeho vesmíru hrála neviditelná látka zvaná temná hmota od Velkého třesku a co to znamená pro náš osud.
Poté, co vědci zjistili, že náš vesmír je na konci šedesátých let většinou složen z temné hmoty, spekulovali o jeho úloze při formování galaxií a jejich schopnosti časem zrodit nové hvězdy.
Podle teorie velkého třesku, krátce poté, co se vesmír narodil, fyzici neviditelné a nepolapitelné látky dabovali temnou hmotu začali hromadit gravitační silou do obrovských mraků zvaných halos temné hmoty. Když haloy rostly, přitahovaly řídký plynný vodík prostupující vesmírem, aby se spojily a vytvořily hvězdy a galaxie, které dnes vidíme. V této teorii temná hmota působí jako páteř galaxií a určuje, jak se v průběhu času vytvářejí, slučují a vyvíjejí.
Abychom lépe porozuměli tomu, jak temná hmota formovala tuto historii vesmíru, vytvořil Peter Behroozi, pomocný profesor astronomie na Arizonské univerzitě, a jeho tým vytvořil pomocí vesmíru školy své vlastní vesmíry. Počítačové 2 000 procesorů pracovalo bez přestávky po dobu tří týdnů na simulaci více než 8 milionů jedinečných vesmírů. Každý vesmír se jednotlivě řídil jedinečnou sadou pravidel, která vědcům pomohla pochopit vztah mezi temnou hmotou a vývojem galaxií.
„Na počítači můžeme vytvořit mnoho různých vesmírů a porovnat je se skutečným, a to nám umožňuje odvodit, která pravidla vedou k tomu, který vidíme,“ řekl Behroozi v prohlášení.
Zatímco předchozí simulace se zaměřily na modelování jednotlivých galaxií nebo generování falešných vesmírů s omezenými parametry, UniverseMachine je první ze svého oboru. Program nepřetržitě vytvořil miliony vesmírů, z nichž každý obsahoval 12 milionů galaxií, a každý z nich se mohl vyvinout v téměř celé historii skutečného vesmíru od 400 milionů let po Velkém třesku do současnosti.
„Velkou otázkou je:„ Jak se formují galaxie? “Řekla výzkumnice Risa Wechsler, profesorka fyziky a astrofyziky na Stanfordské univerzitě. „Opravdu skvělá věc v této studii je, že můžeme použít všechna data, která máme o vývoji galaxií - počet galaxií, kolik hvězd mají a jak tyto hvězdy tvoří - a dát je dohromady do uceleného obrazu poslední 13 miliard let vesmíru. “
Vytvoření repliky našeho vesmíru nebo dokonce galaxie by vyžadovalo nevysvětlitelné množství výpočetního výkonu. Behroozi a jeho kolegové se proto zaměřili na dvě klíčové vlastnosti galaxií: jejich společnou hmotnost hvězd a rychlost, jakou rodí nové.
„Simulace jediné galaxie vyžaduje 10 až 48 operací s výpočetní technikou,“ vysvětlil Behroozi s odkazem na operaci s osmi miliony nebo 1 následovanou 48 nulami. "Všechny počítače na Zemi dohromady to nemohly udělat za sto let. Abychom jen simulovali jednu galaxii, natož 12 milionů, museli jsme to udělat jinak."
Když počítačový program vytváří nové vesmíry, odhaduje, jak souvisí rychlost formování hvězd v galaxii s jejím věkem, jeho minulými interakcemi s jinými galaxiemi a množstvím temné hmoty v jeho halo. Poté porovná každý vesmír se skutečnými pozorováními a doladí fyzické parametry s každou iterací, aby lépe odpovídala realitě. Konečným výsledkem je vesmír téměř totožný s naším vlastním.
Podle Wechslera jejich výsledky ukázaly, že rychlost, jakou galaxie způsobují vznik hvězd, je úzce spojena s hmotou jejich halos temné hmoty. Galaxie s hmotami halo hmoty temné hmoty nejpodobnější naší vlastní Mléčné dráze měly nejvyšší rychlost formování hvězd. Vysvětlila, že formace hvězd je potlačena v mohutnějších galaxiích množstvím černých děr
Jejich pozorování také zpochybňovalo dlouhodobé přesvědčení, že temná hmota potlačovala tvorbu hvězd v ranném vesmíru.
„Když se ve vesmíru vracíme dříve a dříve, očekávali bychom, že temná hmota bude hustší, a proto se plyn zahřeje a zahřeje. To je špatné pro vznik hvězd, takže jsme si mysleli, že mnoho galaxií bylo na začátku vesmír měl přestat tvořit hvězdy už dávno, “řekl Behroozi. „Ale našli jsme pravý opak: Galaxie dané velikosti častěji vytvářely hvězdy rychleji, na rozdíl od očekávání.“
Nyní tým plánuje rozšířit vesmírný stroj tak, aby testoval více způsobů, jak by temná hmota mohla ovlivnit vlastnosti galaxií, včetně toho, jak se vyvíjejí jejich tvary, hmotnost jejich černých děr a jak často jejich hvězdy přecházejí na supernovu.
„Pro mě je nejzajímavější věc, že nyní máme model, kde můžeme začít klást všechny tyto otázky v rámci, který funguje,“ řekl Wechsler. "Máme model, který je dostatečně výpočetně levný, že v podstatě můžeme vypočítat celý vesmír asi za vteřinu. Pak si můžeme dovolit udělat to milionkrát a prozkoumat celý parametrický prostor."
Výzkumná skupina zveřejnila své výsledky v zářijovém čísle časopisu Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti.
