Wirtualny wszechświat na superkomputerze. Takiej mapy kosmosu jeszcze nie było
Europejska Agencja Kosmiczna (ESA) we współpracy z naukowcami ze Szwajcarii opublikowała właśnie największą w historii symulację kosmosu.
Flagship 2 Galaxy Mock - tak brzmi nazwa tego monumentalnego dzieła, które jest efektem pracy superkomputera o mocy, która przyprawia o zawrót głowy. Za pomocą algorytmów opracowanych przez profesora Joachima Stadela z Uniwersytetu w Zurychu, udało się stworzyć model, który zawiera aż 3,4 mld galaktyk.
I nie są to tylko puste kropki na czarnym tle. Każda galaktyka posiada 400 różnych parametrów, takich jak jasność, pozycja, prędkość czy kształt.
Wyniki tego niezwykłego badania opublikowano w magazynie Astronomy & Astrophysics.
Największa symulacja Wszechświata w historii
Symulacja została uruchomiona w 2019 r. na superkomputerze Piz Daint w Szwajcarskim Centrum Superkomputerów (CSCS) w Lugano i była przełomowa pod względem mocy obliczeniowej. Do obliczeń wirtualnego wszechświata wykorzystano około 80 proc. mocy obliczeniowej tego wówczas trzeciego co do wielkości superkomputera na świecie.
Przez długi czas Piz Daint zajmował się więc wyłącznie tworzeniem wirtualnego kosmosu. W sumie trzeba było policzyć zachowanie 4 bilionów cząstek, z których każda oddziaływała na inne za pomocą grawitacji.
Stworzenie symulacji tak dużego fragmentu Wszechświata z tak wysoką rozdzielczością za pomocą jednego obliczenia było ogromny wyzwaniem - mówi Joachim Stadel, astrofizyk.
Dopiero w drugim etapie, na tę kosmiczną mapę nałożono galaktyki, które znajdą się w polu widzenia teleskopu Euclid. Misja kosmiczna Euclid, która wystartowała w czerwcu 2023 r., ma za zadanie stworzyć najbardziej precyzyjną trójwymiarową mapę kosmosu w historii. Ta symulacja ma pomóc w interpretacji gigantycznych ilości danych, które już niedługo zaczną do nas spływać.
Mapa pozwoli sprawdzić, czy prawdziwe dane z kosmosu będą się pokrywać z modelem. Jeśli wszystko się zgadza, świetnie, potwierdzamy obowiązujące teorie. Jeśli nie, to znak, że nauka może stanąć przed przełomem.
Więcej na Spider's Web:
Pęknięcia w Modelu Standardowym
Symulacja opiera się na Modelu Standardowym, czyli na opisie Wszechświata opartym na naszej wiedzy, która zakłada istnienie Wielkiego Wybuchu i rozszerzania się kosmosu. Naukowcy są przekonani, że dane z misji Euclid potwierdzą to, co zobaczyli w symulacji. Ale liczą też na niespodzianki.
Profesor Stadel i jego zespół podejrzewają, że nowe, superprecyzyjne dane mogą pokazać „pęknięcia” w naszym rozumieniu kosmosu. Istnieją już pewne zjawiska, których nie da się wytłumaczyć obecnym modelem. Czym one są? O tym się jeszcze przekonamy. Być może Euclid odkryje, że nasze dotychczasowe teorie o czarnej materii i ciemnej energii są niepełne.
Istnieją już różne oznaki pęknięć w Modelu Standardowym. Euclid może ujawnić kolejne zjawiska, których Model Standardowy nie potrafi wyjaśnić – mówi Stadel.
Ciemna energia, która według naukowców jest odpowiedzialna za przyspieszone rozszerzanie się Wszechświata, w modelu jest tylko stałą. Tymczasem dzięki Euclida, będziemy mogli cofnąć się w czasie o 10 mld lat i zobaczyć, jak Wszechświat rozszerzał się w przeszłości. To pozwoli nam zweryfikować, czy wartość tej stałej naprawdę jest stała.
Misja Euclid – kosmiczny przełom
Euclid to nie tylko największe, ale też najbardziej szczegółowe badanie kosmosu. Teleskop jest tak czuły, że wykryje nawet najmniejsze zniekształcenia w obrazach galaktyk. Te zniekształcenia, zwane soczewkowaniem grawitacyjnym, powstają, gdy światło z odległych obiektów ulega zakrzywieniu pod wpływem ogromnej masy, na przykład niewidocznej dla nas ciemnej materii.
Dzięki temu naukowcy będą w stanie stworzyć mapę rozmieszczenia ciemnej materii w kosmosie, co pomoże w jej lepszym zrozumieniu.
Spektrometry na pokładzie Euclida pozwolą nam również precyzyjnie zmierzyć odległości do poszczególnych galaktyk, co pozwoli stworzyć trójwymiarową mapę Wszechświata w promieniu 10 mld lat świetlnych.
Wirtualny Wszechświat stworzony na superkomputerze to preludium do prawdziwych odkryć. To narzędzie, które przygotuje nas na rewolucję w astrofizyce. Być może to właśnie Euclid da nam wreszcie odpowiedź na pytania, które nurtują nas od wieków. Na pewno zrobi wielki krok w stronę zrozumienia tajemniczego świata ciemnej energii.
Głowna ilustracja: Fragment nowej symulacji. Każda kropka reprezentuje galaktykę. Niebieskie kropki oznaczają galaktyki w centrum skupisk ciemnej materii, a czerwone kropki wskazują satelity w tych skupiskach. Zdjęcie: Jorge Carretero i Pau Tallada, Port d'Informació Científica / Euclid Consortium
