Суперкомп'ютер пояснює народження Галактики

Найбільше моделювання зростання космічних структур

Розподіл темної речовини у Всесвіті за різними масштабами. На зображенні на задньому плані зображений розділ, що проходить через моделювання тисячоліття загальною шириною понад дев'ять мільярдів світлових років. На таких обширних масштабах Всесвіт виявляється майже однорідним, але накладений ряд збільшення збільшує складну "космічну мережу темної матерії" на масштабах до приблизно 300 мільйонів світлових років. Ця великокосмічна структура складається з ниток, які охоплюють великі порожнечі і зустрічаються в масивних ореолах речовини. Найбільший з цих ореолів - це потужні скупчення галактик, що містять понад тисячу галактик, які розв’язуються за допомогою симуляції як галоструктури. © Інститут астрофізики Макса Планка
читати вголос

Найбільший у світі моделювання зростання космічних структур та еволюції галактик, квазарів та чорних дір зараз здійснив Консорціум Діви, міжнародна команда з астрофізики з Німеччини, Англії, Канади, Японії та США. "Моделювання тисячоліття" використовувало понад десять мільярдів вигаданих частинок, кожна з яких представляла масу близько одного мільярда сонців, щоб відстежувати еволюцію розподілу речовини в кубикоподібному регіоні Всесвіту з довжиною краю понад два мільярди світлових років за допомогою суперкомп'ютера,

Розрахунок залучав найпотужніший комп'ютер товариства Макса Планка в Ґархінгу вже більше місяця. Нове моделювання дозволяє астрофізикам відновити еволюційну історію близько 20 мільйонів галактик і виникнення надважких чорних дір, які періодично світяться як квазари в їхніх серцях.

"Холодна темна матерія"

Останні висновки космології показують, що близько 70 відсотків Всесвіту складається з "темної енергії", таємничого силового поля, яке рухає все швидше розширення простору. Приблизно чверть, мабуть, раніше «холодна темна матерія» у вигляді нової елементарної частинки, яку ще не вдалося довести безпосередньо на Землі. Навпаки, лише близько п'яти відсотків складаються із звичайної атомної речовини - по суті, елементів гелію та водню.

Телескопи, здатні вимірювати мікрохвильове випромінювання, досягли зображення 400-літнього Всесвіту. Єдиними на той час спорудами були дуже слабкі брижі інакше рівномірного озера речовини та випромінювання. Пізніший розвиток гравітацією перетворив ці невеликі коливання в багатоманітні структури, які ми спостерігаємо сьогодні.

Моделювання тисячоліття уточнює зростання космічних структур

Моделювання тисячоліття було розраховане для обчислення зростання цих структур. З одного боку, він мав на меті дослідити нову картину космічної еволюції та її фактичну відповідність спостереженням, а з іншого - дослідити складні фізичні процеси, що призводять до утворення галактик і чорних дір, дисплей

Особливо хвилюючою для астрофізиків було моделювання раннього зростання чорних дір. Sloan Digital Sky Survey (SDSS), одна з найбільших систематичних програм спостереження за астрономією для вивчення галактик, виявила кілька дуже далеких і дуже яскравих квазарів, у яких, очевидно, є чорні діри з масою щонайменше мільярда сонячних мас у той час, коли Всесвіт досяг менше десятої частини теперішнього віку.

"Багато астрономів сумніваються, чи можна це погодити з поступовим зростанням космічних структур у стандартній моделі", - каже Волкер Спрингел, керівник проекту тисячоліття в Інституті сонячної енергії Макса Планка Астрофізика в поточному номері наукового журналу Nature. "Але коли ми застосували нашу модель для утворення галактик і квазарів, ми виявили, що кілька важких чорних дір насправді утворилися досить рано, щоб пояснити ці рідкісні квазари SDSS Вміти. Їх приймаючі галактики вже з'являються в симуляції тисячоліття, коли Всесвіту було лише кілька сотень мільйонів років. Сьогодні вони стали наймасовішими галактиками в центрі великих скупчень галактик ".

Нові погляди в природу темної матерії

За словами Карлоса Френка з Інституту обчислювальної космології Університету Дарем у Великобританії, директора «Діва в Англії», «Моделювання тисячоліття» вперше показує, що характерною закономірністю зміни є схема розподілу речовини в ранньому Всесвіті і їх можна побачити безпосередньо на мікрохвильових картах, що існують і сьогодні, і більше того, в принципі, можна виміряти за спостережуваним розподілом галактик.

"Якщо ми зможемо точно визначити варіанти, - каже Френк, - вони дадуть нам шкалу довжини для вимірювання геометрії та розширення Всесвіту, і, таким чином, щось про це Природа темної матерії може навчитися ".

Однак найцікавіші та далекосяжні програми моделювання тисячоліття ще належать, пояснює Саймон Уайт з Інституту астрофізики Макса Планка. "Нові програми спостереження дають нам безпрецедентну точність щодо властивостей галактик, чорних дір та масштабної структури Всесвіту", - каже директор Німеччини Діви.

"Наша здатність передбачати наслідки наших теорій повинна досягати порівнянної точності, якщо ми хочемо в повній мірі скористатися спостереженнями, щоб дізнатися про походження та природу нашого світу. Моделювання тисячоліття є унікальним інструментом для цього. Зараз наше найбільше завдання зробити цю силу доступною для інших астрономів, щоб вони могли застосувати власні теорії щодо утворення галактик і квазарів до своїх спостережень інтерпретувати, - продовжує Вайт.

(MPG, 02.06.2005 - DLO)