Od nepamäti sa filozofi a vedci snažili určiť, ako začala existencia. Po narodení modernej astronómie táto tradícia pokračovala a dala vzniknúť oblasti známej ako kozmológia. A pomocou superpočítačov sú vedci schopní vykonávať simulácie, ktoré ukazujú, ako sa prvé hviezdy a galaxie vytvorili v našom vesmíre a vyvíjali sa v priebehu miliárd rokov.
Až donedávna bola najrozsiahlejšou a najkompletnejšou štúdiou simulácia „Illustrus“, ktorá skúmala proces tvorby galaxií v priebehu posledných 13 miliárd rokov. Rovnaký tím sa v snahe prelomiť svoj vlastný rekord nedávno začal vykonávať simuláciu známu ako „Illustris, nová generácia“ alebo „IllustrisTNG“. Prvé kolo týchto zistení bolo nedávno zverejnené a očakáva sa, že ich bude nasledovať niekoľko ďalších.
Tieto zistenia sa objavili v troch článkoch, ktoré boli nedávno uverejnené v Mesačné oznámenia Kráľovskej astronomickej spoločnosti, Tím Illustris sa skladá z vedcov z Heidelbergského inštitútu pre teoretické štúdie, Max-Planckových ústavov pre astrofyziku a pre astronómiu, Massachusettsovho technologického inštitútu, Harvardskej univerzity a Centra pre výpočtovú astrofyziku v New Yorku.
Pomocou superpočítača Hazel Hen vo vysokovýkonnom výpočtovom centre Stuttgart (HLRS) - jednom z troch špičkových nemeckých superpočítačových zariadení, ktoré tvoria Gaussovo centrum pre superpočítač (GCS) - tím vykonal simuláciu, ktorá pomôže overiť a rozšíriť o existujúcich experimentálnych poznatkoch o najskorších fázach vesmíru - tj o tom, čo sa stalo od 300 000 rokov po Veľkom tresku po súčasnosť.
Na vytvorenie tejto simulácie tím kombinoval rovnice (napríklad teóriu všeobecnej relativity) a údaje z moderných pozorovaní do rozsiahlej výpočtovej kocky, ktorá predstavovala veľký prierez vesmíru. Pri niektorých procesoch, ako je tvorba hviezd a rast čiernych dier, boli vedci nútení spoliehať sa na predpoklady založené na pozorovaniach. Potom použili numerické modely na uvedenie tohto simulovaného vesmíru do pohybu.
IllustrisTNG sa v porovnaní s predchádzajúcou simuláciou skladala z 3 rôznych vesmírov v troch rôznych rozlíšeniach - najväčšie z nich meralo 1 miliardu svetelných rokov (300 megaparsec). Výskumný tím okrem toho obsahoval presnejšie zúčtovanie magnetických polí, čím sa zvýšila presnosť. Celkovo simulácia použila 24 000 jadier superpočítača Hazel Hen na celkom 35 miliónov jadrových hodín.
Volker Springel, profesor a výskumný pracovník Inštitútu teoretických štúdií v Heidelbergu a hlavný riešiteľ projektu, vysvetlil v tlačovej správe centra Gauss Center:
„Magnetické polia sú zaujímavé z rôznych dôvodov. Magnetický tlak vyvíjaný na kozmický plyn sa môže občas rovnať tepelnému (teplotnému) tlaku, čo znamená, že ak to zanedbáte, zmeškáte tieto účinky a napokon ovplyvníte svoje výsledky. “
Ďalším zásadným rozdielom bolo zahrnutie aktualizovanej fyziky čiernych dier na základe nedávnych pozorovacích kampaní. Patria sem dôkazy, ktoré preukazujú koreláciu medzi supermasívnymi čiernymi dierami (SMBH) a galaktickou evolúciou. Je známe, že SMBH v podstate vysiela obrovské množstvo energie vo forme lúčov a prúdov častíc, ktoré môžu mať zastavujúci účinok na tvorbu hviezd v galaxii.
Kým vedci vedeli o tomto procese počas prvej simulácie, nebrali do úvahy to, ako môže úplne zastaviť vznik hviezd. Zahrnutím aktualizovaných údajov o magnetických poliach a fyzike čiernych dier do simulácie tím videl väčšiu koreláciu medzi údajmi a pozorovaniami. Sú preto s výsledkami presvedčení a veria, že to predstavuje doteraz najpresnejšiu simuláciu.
Ako však vysvetlil Dr. Dylan Nelson - fyzik z Astronomického ústavu Maxa Plancka a llustricTNG - budúce simulácie budú pravdepodobne ešte presnejšie, za predpokladu, že pokroky v superpočítačoch budú pokračovať:
„Zvýšená pamäť a prostriedky na spracovanie v systémoch budúcej generácie nám umožnia simulovať veľké objemy vesmíru s vyšším rozlíšením. Veľké množstvá sú dôležité pre kozmológiu, pre pochopenie rozsiahlej štruktúry vesmíru a pre pevné predpovede pre ďalšiu generáciu veľkých pozorovacích projektov. Vysoké rozlíšenie je dôležité pre zlepšenie našich fyzikálnych modelov procesov prebiehajúcich vo vnútri jednotlivých galaxií v našej simulácii. “
Táto najnovšia simulácia bola možná aj vďaka rozsiahlej podpore personálu GCS, ktorý pomáhal výskumnému tímu v záležitostiach týkajúcich sa ich kódovania. Bol to tiež výsledok obrovského úsilia v oblasti spolupráce, ktoré spojilo výskumných pracovníkov z celého sveta a spojilo ich so zdrojmi, ktoré potrebovali. V neposlednom rade ukazuje, ako zvýšená spolupráca medzi aplikovaným a teoretickým výskumom vedie k lepším výsledkom.
Pri pohľade do budúcnosti tím dúfa, že výsledky tejto najnovšej simulácie sa ukážu byť ešte užitočnejšie ako posledné. Pôvodné vydanie údajov Illustris získalo viac ako 2 000 registrovaných používateľov a vyústilo do uverejnenia 130 vedeckých štúdií. Vzhľadom na to, že táto je presnejšia a aktuálnejšia, tím očakáva, že nájde viac používateľov a vyústi do ešte prelomového výskumu.
Kto vie? Možno jedného dňa môžeme vytvoriť simuláciu, ktorá zachytí vznik a vývoj nášho vesmíru s úplnou presnosťou. Medzitým si určite užite toto video z prvého Illustris Simulation, s láskavým dovolením člena tímu a fyzika MIT Marka Vogelsbergera:
