Ученые создали самую детальную модель Вселенной

Симуляция позволит разгадать главные загадки эволюции Вселенной с момента Большого взрыва.

Эволюция Вселенной является одной из важнейших тем в науке. Существует множество теорий о ее формировании, но "увидеть" воочию этот процесс ранее не представлялось возможным. Ученые на днях официально заявили, что им удалось воссоздать самую детальную модель Вселенной на мощном суперкомпьютере Hazel Hen. Симуляция получила название TNG50, пишет segodnya.ua.

Ученые долго не могли понять принцип формирования галактик, который напрямую зависит от эволюции космоса. Этот невероятно сложный и длительный процесс слияния материи и энергии вселенских масштабов охватывает миллиарды лет. То, как разнообразие структурированных и динамичных галактик, которые мы наблюдаем сегодня, возникло из огненного хаоса Большого взрыва, остается одной из самых трудных нерешенных загадок космологии.

Чтобы найти ответы на загадки мироздания, команда ученых создала самую детальную крупномасштабную модель Вселенной на сегодняшний день. Виртуальная Вселенная получилась довольно компактной, шириной около 230 миллионов световых лет, содержащей десятки тысяч развивающихся галактик, но с недостижимым доселе уровнем детализации. Ранее подобной точной симуляции можно было добиться исключительно в моделях с одной галактикой.

TNG50 — это новейшая симуляция, созданная в рамках проекта IllustrisTNG, целью которого является построение полной картины того, как наша Вселенная развивалась со времен Большого взрыва, путем создания крупномасштабной виртуальной Вселенной без ущерба для мелких деталей отдельных галактик.

При моделировании отслеживалось более 20 миллиардов частиц, представляющих собой темную материю, газ, звезды и сверхмассивные черные дыры, и все это на протяжении 13,8 миллиардов лет от момента Большого взрыва.

Такое внимание к деталям в симуляции обошлось очень дорого. Для моделирования потребовалось 16 тысяч процессорных ядер суперкомпьютера Hazel Hen в немецком Штутгарте, который работал непрерывно более года. Если такие вычисления проводить на домашнем компьютере, то для воссоздания такой симуляции потребовалось бы 10 тысяч лет. Несмотря на то, что это одна из самых вычислительно тяжелых астрофизических симуляций в истории, исследователи считают, что их инвестиции окупились.

"В нашем моделировании мы видим явления, которые не были явно запрограммированы в коде симуляции. Эти явления возникают естественным образом, в результате сложного взаимодействия основных физических компонентов нашей модели виртуальной Вселенной", – заявил соавтор исследования научный сотрудник Института астрофизики им. Макса Планка в Мюнхене Дилан Нельсон.

Беспрецедентное разрешение и масштаб позволили исследователям собрать ключевые сведения о прошлом нашей собственной Вселенной, показав, как галактики получили свои необычные формы и как звездные взрывы и черные дыры вызвали эту галактическую эволюцию. Исследователи обнаружили, что дискообразные галактики, которых много в нашем ближайшем космическом соседстве, естественным образом возникали в рамках их моделирования и создавали внутренние структуры, включая спиральные рукава, выпуклости и джеты, простирающиеся от их центральных сверхмассивных черных дыр. Когда они сравнили свою компьютерную Вселенную с реальными наблюдениями, то обнаружили, что их популяция галактик качественно согласуется с реальностью.

По мере того, как смоделированные галактики начали превращаться в хорошо упорядоченные вращающиеся диски, стало проявляться еще одно явление. Взрывы сверхновых и сверхмассивные черные дыры в центре каждой галактики создавали высокоскоростные потоки газа. Эти потоки превращались в фонтаны газа, поднимающиеся на тысячи световых лет над галактикой. Гравитационное притяжение в конце концов вернуло большую часть этого газа обратно на галактический диск, перераспределив его к внешнему краю и создав обратную петлю оттока и притока газа. Помимо переработки ингредиентов для формирования новых звезд, было также показано, что отток газа изменяет структуру галактик. Рециркулированные газы ускоряли превращение галактик в тонкие вращающиеся диски.

Несмотря на эти первоначальные выводы, команда еще далека от завершения анализа своей модели. Они также планируют опубликовать все данные моделирования для астрономов всего мира, чтобы они могли изучить их виртуальную Вселенную. Точные результаты моделирования описаны в двух статьях, которые будут опубликованы в номере журнала Monthly Notices of the Royal Astronomical Society за декабрь 2019 года.