Tím astrofyzikov práve vytvoril 8 miliónov jedinečných vesmírov vo vnútri superpočítača a nechal ich vyvíjať sa od malých detí k starým geezerom. Ich cieľ? Zničiť úlohu, ktorú v živote nášho vesmíru od Veľkého tresku zohrala neviditeľná látka nazývaná temná hmota a čo to znamená pre náš osud.
Vedci zistili, že náš vesmír je zložený prevažne z temnej hmoty na konci 60. rokov 20. storočia, a špekulujú o jeho úlohe pri formovaní galaxií a o ich schopnosti rodiť nové hviezdy v priebehu času.
Podľa teórie Veľkého tresku, krátko po narodení vesmíru, fyzici neviditeľnej a nepolapiteľnej látky dabovali temnú hmotu, začali sa zhlukovať gravitačnou silou na masívne oblaky zvané halos temnej hmoty. Keď sa halo zväčšovalo, priťahovali riedky vodíkový plyn prepúšťajúci vesmír, aby sa spojili a vytvorili hviezdy a galaxie, ktoré dnes vidíme. V tejto teórii sa temná hmota chová ako chrbtica galaxií a určuje, ako sa v priebehu času tvoria, spájajú a vyvíjajú.
Na lepšie pochopenie toho, ako temná hmota formovala túto históriu vesmíru, Peter Behroozi, pomocný profesor astronómie na Arizonskej univerzite, a jeho tím si pomocou superpočítača školy vytvorili vlastné vesmíry. Počítačové 2000 procesory pracovali bez prestávky v priebehu troch týždňov na simulácii viac ako 8 miliónov jedinečných vesmírov. Každý vesmír sa individuálne riadil jedinečným súborom pravidiel, aby vedcom pomohol pochopiť vzťah medzi temnou hmotou a vývojom galaxií.
„Na počítači dokážeme vytvoriť veľa rôznych vesmírov a porovnať ich so skutočným, a to nám umožňuje odvodiť, ktoré pravidlá vedú k tomu, ktorý vidíme,“ uviedol Behroozi vo vyhlásení.
Zatiaľ čo predchádzajúce simulácie sa zameriavali na modelovanie jednotlivých galaxií alebo generovanie falošných vesmírov s obmedzenými parametrami, UniverseMachine je prvým zo svojho rozsahu. Program nepretržite vytvoril milióny vesmírov, z ktorých každý obsahoval 12 miliónov galaxií, a každý z nich sa mohol vyvíjať takmer celú históriu skutočného vesmíru od 400 miliónov rokov po Veľkom tresku až do súčasnosti.
„Veľkou otázkou je, ako sa tvoria galaxie?“ Povedala výskumníčka Risa Wechsler, profesorka fyziky a astrofyziky na Stanfordskej univerzite. „Na tejto štúdii je skutočne super, že môžeme použiť všetky údaje, ktoré máme o evolúcii galaxií - počet galaxií, koľko hviezd má a ako ich tvoria - a dajú to do komplexného obrazu poslednej 13 miliárd rokov vesmíru. ““
Vytvorenie repliky nášho vesmíru alebo dokonca galaxie by vyžadovalo nevysvetliteľné množstvo výpočtového výkonu. Behroozi a jeho kolegovia sa teda zamerali na dva kľúčové vlastnosti galaxií: ich kombinovanú hmotu hviezd a rýchlosť, ktorou rodia nové.
„Simulácia jednej galaxie vyžaduje 10 až 48 operácií s výpočtami,“ vysvetlil Behroozi s odkazom na operáciu s osmi miliónmi alebo 1 nasledovanú 48 nulami. „Všetky počítače na Zemi spolu to nemohli urobiť za sto rokov. Aby sme simulovali jednu galaxiu, nieto 12 miliónov, museli sme to urobiť inak.“
Keď počítačový program vytvára nové vesmíry, odhaduje, ako miera formovania hviezd v galaxii súvisí s jej vekom, jej minulými interakciami s inými galaxiami a množstvom temnej hmoty v jeho halo. Potom porovnáva každý vesmír so skutočnými pozorovaniami, dolaďuje fyzikálne parametre s každou iteráciou, aby lepšie zodpovedala realite. Konečným výsledkom je vesmír takmer identický s našim.
Podľa Wechslera ich výsledky ukázali, že rýchlosť, akou galaxie rodia hviezdy, je úzko spojená s hmotou ich halos temnej hmoty. Galaxie s halo hmotami temnej hmoty, ktoré sa najviac podobajú našej vlastnej Mliečnej dráhe, mali najvyššiu mieru tvorby hviezd. Vysvetlila, že formácia hviezd je potlačená v mohutnejších galaxiách množstvom čiernych dier
Ich pozorovania tiež spochybňovali dlhodobé presvedčenie, že temná hmota potlačila tvorbu hviezd v ranom vesmíre.
„Keď sa vo vesmíre vraciame skôr a skôr, očakávali by sme, že temná hmota bude hustejšia, a preto bude horúci a horúci plyn. To je zlé pre formovanie hviezd, takže sme si mysleli, že veľa galaxií bolo na začiatku vesmír mal prestať tvoriť hviezdy už dávno, “povedal Behroozi. „Ale našli sme pravý opak: Galaxie danej veľkosti častejšie formovali hviezdy vyššou rýchlosťou, na rozdiel od očakávaní.“
Tím teraz plánuje rozšíriť vesmírny stroj, aby otestoval viac spôsobov, ako by temná hmota mohla ovplyvniť vlastnosti galaxií, vrátane toho, ako sa vyvíjajú ich tvary, hmotnosť ich čiernych dier a ako často ich hviezdy prechádzajú supernovou.
„Pre mňa je najviac vzrušujúce, že teraz máme model, v ktorom môžeme začať klásť všetky tieto otázky v rámci, ktorý funguje,“ povedal Wechsler. „Máme výpočtový model, ktorý je dostatočne lacný, že dokážeme v podstate vypočítať celý vesmír asi za sekundu. Potom si môžeme dovoliť urobiť to miliónkrát a preskúmať celý priestor parametrov.“
Výskumná skupina zverejnila svoje výsledky v septembrovom čísle časopisu Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti.
