Nuo neatmenamų laikų filosofai ir mokslininkai siekė nustatyti, kaip prasidėjo egzistavimas. Gimus šiuolaikinei astronomijai, ši tradicija buvo tęsiama ir atsirado srityje, vadinamoje kosmologija. Su superkompiuterio pagalba mokslininkai gali atlikti modeliavimą, kuris parodo, kaip pirmosios žvaigždės ir galaktikos susiformavo mūsų Visatoje ir evoliucionavo per milijardus metų.
Iki šiol plačiausias ir išsamiausias tyrimas buvo „Illustrus“ modeliavimas, kuris apžvelgė galaktikų formavimosi procesą per pastaruosius 13 milijardų metų. Siekdama sugriauti savo pačių rekordus, ta pati komanda neseniai pradėjo atlikti modeliavimą, žinomą kaip „Illustris, The Next Generation“ arba „IllustrisTNG“. Neseniai buvo paskelbtas pirmasis šių išvadų turas, tikimasi, kad bus dar keli.
Šios išvados pasirodė trijuose straipsniuose, neseniai paskelbtuose Mėnesiniai Karališkosios astronomijos draugijos pranešimai. „Illustris“ komandą sudaro tyrėjai iš Heidelbergo teorinių studijų instituto, Maxo Plancko astrofizikos ir astronomijos institutų, Masačusetso technologijos instituto, Harvardo universiteto ir Kompiuterinės astrofizikos centro Niujorke.
Naudodama „Hazel Hen“ superkompiuterį Štutgarto didelio našumo skaičiavimo centre (HLRS) - viename iš trijų pasaulinio lygio Vokietijos superkompiuterių įrenginių, kuriuos sudaro Gauso superkompiuterių centras (GCS), komanda atliko modeliavimą, kuris padės patikrinti ir išplėsti remiantis turimomis eksperimentinėmis žiniomis apie ankstyviausius Visatos etapus, ty tai, kas nutiko nuo 300 000 metų po Didžiojo sprogimo iki šių dienų.
Norėdami sukurti šį modeliavimą, komanda sujungė lygtis (pvz., Bendrojo reliatyvumo teoriją) ir duomenis iš šiuolaikinių stebėjimų į masyvų skaičiavimo kubą, kuris atspindėjo didelį Visatos skerspjūvį. Kai kuriuos procesus, tokius kaip žvaigždžių formavimasis ir juodųjų skylių augimas, tyrėjai buvo priversti remtis prielaidomis, pagrįstomis stebėjimais. Tada jie panaudojo skaitmeninius modelius, kad pajudintų šią imituojamą Visatą.
Palyginti su ankstesniu jų modeliavimu, „IllustrisTNG“ sudarė 3 skirtingos visatos, turinčios tris skirtingas skiriamąsias dalis - kurių didžiausia išmatuota per 1 milijardą šviesos metų (300 megaparsekų). Be to, tyrimų komanda įtraukė tikslesnę magnetinių laukų apskaitą, taip pagerindama tikslumą. Iš viso modeliavimui buvo naudojami 24 000 branduolių superkompiuteryje „Hazel Hen“ iš viso 35 milijonai pagrindinių valandų.
Gauso centro pranešime spaudai paaiškino prof. Dr. Volkeris Springelis, Heidelbergo teorinių studijų instituto profesorius ir tyrėjas bei pagrindinis projekto tyrėjas.
„Magnetiniai laukai yra įdomūs dėl įvairių priežasčių. Magnetinis slėgis, veikiamas kosminių dujų, retkarčiais gali būti lygus šiluminiam (temperatūros) slėgiui, tai reiškia, kad jei to nepaisysite, praleisite šį poveikį ir galiausiai sugadinsite rezultatus. “
Kitas didelis skirtumas buvo atnaujintos juodosios skylės fizikos įtraukimas remiantis naujausiomis stebėjimo kampanijomis. Tai apima įrodymus, įrodančius ryšį tarp supermasyvių juodųjų skylių (SMBH) ir galaktikos evoliucijos. Iš esmės yra žinoma, kad SMBH išskiria didžiulį energijos kiekį radiacijos ir kietųjų dalelių pavidalu, o tai gali sulaikyti žvaigždžių susidarymą galaktikoje.
Nors tyrėjai tikrai žinojo apie šį procesą per pirmąjį modeliavimą, jie neįvertino, kaip tai gali visiškai sustabdyti žvaigždžių formavimąsi. Į modeliavimą įtraukdama atnaujintus duomenis apie magnetinius laukus ir juodųjų skylių fiziką, komanda pamatė didesnę duomenų ir stebėjimų koreliaciją. Todėl jie labiau pasitiki rezultatais ir mano, kad tai yra tiksliausias iki šiol atliktas modeliavimas.
Bet, kaip paaiškino daktaras Dylanas Nelsonas - Makso Plancko astronomijos instituto fizikas ir „llustricTNG“ narys, būsimi modeliavimai greičiausiai bus dar tikslesni, darant prielaidą, kad superkompiuterių pažanga tęsiasi:
Padidėjęs atminties ir apdorojimo išteklius naujos kartos sistemose leis mums imituoti didelius visatos tūrius didesne skiriamąja geba. Didelės apimtys yra svarbios kosmologijai, norint suprasti plačios struktūros visatą ir tvirtai numatyti naujos kartos didelius stebėjimo projektus. Didelė skiriamoji geba yra svarbi tobulinant mūsų fizinius procesų, vykstančių atskirose galaktikose, modelius. “
Šis naujausias modeliavimas taip pat buvo įmanomas dėl gausios paramos, kurią teikė GCS darbuotojai, padėję tyrimų komandai su jų kodavimu susijusiais klausimais. Tai taip pat buvo didžiulių bendradarbiavimo pastangų rezultatas, subūręs viso pasaulio tyrinėtojus ir suderinęs juos su reikiamais ištekliais. Paskutinis, bet ne mažiau svarbus dalykas - tai rodo, kaip padidėjęs taikomųjų tyrimų ir teorinių tyrimų bendradarbiavimas lemia geresnius rezultatus.
Žvelgiant į ateitį, komanda tikisi, kad šio naujausio modeliavimo rezultatai bus dar naudingesni nei paskutiniai. Originali „Illustris“ duomenų laida sulaukė daugiau nei 2000 registruotų vartotojų ir buvo paskelbta 130 mokslinių tyrimų. Atsižvelgiant į tai, kad šis yra tikslesnis ir šiuolaikiškesnis, komanda tikisi, kad suras daugiau vartotojų ir atliks dar daugiau novatoriškų tyrimų.
Kas žino? Galbūt kada nors mes galime sukurti modeliavimą, kuris visiškai tiksliai atspindi mūsų Visatos formavimąsi ir evoliuciją. Tuo tarpu būtinai mėgaukitės šiuo pirmojo „Illustris Simulation“ vaizdo įrašu, maloniai sutiktu su komandos nariu ir MIT fiziku Marku Vogelsbergeriu:
