Od nepaměti se filozofové a učenci snažili zjistit, jak začala existence. S narozením moderní astronomie tato tradice pokračovala a dala vzniknout oblasti známé jako kosmologie. A pomocí superpočítačů jsou vědci schopni provádět simulace, které ukazují, jak se první hvězdy a galaxie vytvořily v našem vesmíru a vyvíjely se v průběhu miliard let.
Až donedávna byla nejrozsáhlejší a nejúplnější studie simulace „Illustrus“, která se zabývala procesem formování galaxií v průběhu posledních 13 miliard let. Stejný tým, který se snažil zlomit vlastní rekord, začal nedávno provádět simulaci známou jako „Illustris, Nová generace“ nebo „IllustrisTNG“. První kolo těchto zjištění bylo nedávno vydáno a očekává se, že následuje několik dalších.
Tato zjištění se objevila ve třech článcích, které byly nedávno zveřejněny v EU Měsíční oznámení Královské astronomické společnosti. Tým Illustris se skládá z vědců z Heidelbergského institutu pro teoretická studia, Max-Planckových institutů pro astrofyziku a pro astronomii, Massachusettsova technologického institutu, Harvardské univerzity a Centra pro výpočetní astrofyziku v New Yorku.
Pomocí superpočítače Hazel Hen ve vysoce výkonném výpočetním centru ve Stuttgartu (HLRS) - jednom ze tří špičkových německých superpočítačových zařízení, které tvoří Gaussovo centrum pro superpočítač (GCS) - provedl tým simulaci, která pomůže ověřit a rozšířit o existujících experimentálních znalostech o nejranějších stádiích vesmíru - tj. o tom, co se stalo od 300 000 let po Velkém třesku do současnosti.
K vytvoření této simulace tým kombinoval rovnice (jako je Teorie obecné relativity) a data z moderních pozorování do obrovské výpočetní krychle, která představovala velký průřez vesmíru. U některých procesů, jako je tvorba hvězd a růst černých děr, byli vědci nuceni spoléhat na předpoklady založené na pozorováních. Poté použili numerické modely k uvedení tohoto simulovaného vesmíru do pohybu.
Ve srovnání s jejich předchozí simulací se IllustrisTNG skládal ze 3 různých vesmírů ve třech různých rozlišeních - největší z nich měřil 1 miliardu světelných let (300 megaparseků) napříč. Kromě toho výzkumný tým zahrnoval přesnější účtování magnetických polí, čímž se zlepšila přesnost. Celkem simulace použila 24 000 jader na superpočítači Hazel Hen za celkem 35 milionů jaderných hodin.
Volker Springel, profesor a výzkumný pracovník Institutu teoretických studií Heidelbergu a hlavní řešitel projektu, vysvětlil v tiskové zprávě Gaussova centra:
„Magnetická pole jsou zajímavá z mnoha důvodů. Magnetický tlak vyvíjený na kosmický plyn se může občas rovnat tepelnému (teplotnímu) tlaku, což znamená, že pokud toto zanedbáte, zmeškáte tyto účinky a nakonec zhoršíte své výsledky. “
Dalším významným rozdílem bylo zahrnutí aktualizované fyziky černé díry na základě nedávných pozorovacích kampaní. To zahrnuje důkazy, které ukazují korelaci mezi superhmotnými černými dírami (SMBH) a galaktickou evolucí. Je známo, že SMBH v podstatě vysílají obrovské množství energie ve formě paprsků a paprsků částic, které mohou mít zastavující účinek na tvorbu hvězd v galaxii.
Zatímco vědci si byli jistě vědomi tohoto procesu během první simulace, nebrali v úvahu to, jak může úplně zastavit vznik hvězd. Tím, že do simulace zahrnuli aktualizovaná data o magnetickém poli a fyzice černé díry, tým viděl větší korelaci mezi údaji a pozorováním. Jsou proto s výsledky přesvědčeni a věří, že to představuje dosud nejpřesnější simulaci.
Ale jak vysvětlil Dr. Dylan Nelson - fyzik z Astronomického institutu Maxe Plancka a llustricTNG - budoucí simulace budou pravděpodobně ještě přesnější, za předpokladu, že pokroky v superpočítačích budou pokračovat:
„Zvýšená paměť a prostředky pro zpracování v systémech příští generace nám umožní simulovat velké objemy vesmíru s vyšším rozlišením. Velké objemy jsou důležité pro kosmologii, pro pochopení rozsáhlé struktury vesmíru a pro pevné předpovědi pro další generaci velkých pozorovacích projektů. Vysoké rozlišení je důležité pro zlepšení našich fyzikálních modelů procesů probíhajících uvnitř jednotlivých galaxií v naší simulaci. “
Tato poslední simulace byla také možná díky rozsáhlé podpoře poskytované pracovníky GCS, kteří pomáhali výzkumnému týmu v záležitostech souvisejících s jejich kódováním. Byl to také výsledek obrovského úsilí o spolupráci, které spojilo výzkumné pracovníky z celého světa a spojilo je se zdroji, které potřebovali. V neposlední řadě ukazuje, jak zvýšená spolupráce mezi aplikovaným výzkumem a teoretickým výzkumem vede k lepším výsledkům.
Při pohledu do budoucna tým doufá, že výsledky této poslední simulace budou ještě užitečnější než poslední. Původní vydání dat Illustris získalo přes 2 000 registrovaných uživatelů a vyústilo v publikaci 130 vědeckých studií. Vzhledem k tomu, že tento je přesnější a aktuální, tým očekává, že najde více uživatelů a povede k ještě průkopnějšímu výzkumu.
Kdo ví? Možná jednoho dne můžeme vytvořit simulaci, která zachytí vznik a vývoj našeho vesmíru s naprostou přesností. Mezitím si nezapomeňte prohlédnout toto video z první Illustris Simulation, s laskavým svolením člena týmu a fyzika MIT Marka Vogelsbergera:
