Simulovaný obrázek, který ukazuje rozložení hmoty ve vesmíru. Obrazový kredit: MPG. Klikni pro zvětšení.
Konsorcium Virgo, mezinárodní skupina astrofyziků z Velké Británie, Německa, Japonska, Kanady a USA, dnes (2. června) zveřejnilo první výsledky dosud největší a nejrealističtější simulace růstu kosmické struktury a formování galaxií a galaxií. kvasary. V článku publikovaném v Nature konsorcium Virgo ukazuje, jak srovnání takových simulovaných dat s velkými pozorovacími průzkumy může odhalit fyzikální procesy, které jsou základem vytváření skutečných galaxií a černých děr.
„Simulace tisíciletí“ použila více než 10 miliard částic hmoty ke sledování vývoje distribuce hmoty v krychlové oblasti vesmíru přes 2 miliardy světelných let na jedné straně. Hlavní superpočítač v superpočítačovém centru společnosti Maxe Plancka v Garchingu v Německu byl obsazen déle než měsíc. Aplikací sofistikovaných technik modelování na 25 terabajtů (25 milionů megabajtů) uloženého výstupu jsou vědci v Panně schopni znovu vytvořit evoluční historii pro přibližně 20 milionů galaxií, které obývají tento obrovský objem, a pro supermasivní černé díry, které jsou v jejich srdcích občas viděny jako kvasary. .
Dalekohledy citlivé na mikrovlny dokázaly zobrazit vesmír přímo, když byl starý pouhých 400 000 let. Jedinou strukturou v té době byly slabé vlnky v jinak jednotném moři hmoty a záření. Gravitační evoluce později proměnila tyto vlnky v nesmírně bohatou strukturu, kterou dnes vidíme. Právě tento růst je navržen tak, aby simulace tisíciletí sledovala, s dvěma cíli: ověřit, že toto nové paradigma pro kosmickou evoluci je skutečně v souladu s tím, co vidíme, a prozkoumat složitou fyziku, která dala vzniknout galaxiím a jejich centrálním černým dírám. .
Nedávné pokroky v kosmologii ukazují, že asi 70 procent našeho vesmíru v současnosti tvoří temná energie, tajemné silové pole, které způsobuje, že se rozpíná stále rychleji. Asi jedna čtvrtina se zjevně skládá ze studené temné hmoty, nového druhu elementárních částic, které na Zemi ještě nebyly přímo detekovány. Pouze asi 5 procent tvoří běžná atomová hmota, kterou známe, většina z nich se skládá z vodíku a hélia. Všechny tyto komponenty jsou zpracovány v Millenium Simulation.
Ve svém článku Nature vědci z Panny používají simulaci tisíciletí ke studiu raného růstu černých děr. Sloan Digital Sky Survey (SDSS) objevil řadu velmi vzdálených a velmi jasných kvasarů, které zřejmě hostí černé díry nejméně miliardkrát hmotnější než Slunce v době, kdy byl vesmír méně než desetina jeho současného věku.
„Mnoho astronomů si myslelo, že to nelze sladit s postupným růstem struktury předpovídaným standardním obrázkem,“ říká Dr. Volker Springel (Institut Maxe Plancka pro astrofyziku, Garching), vedoucí projektu Millenium a první autor článku, „Přesto , když jsme vyzkoušeli naše modelování formace galaxií a kvasarů, zjistili jsme, že několik masivních černých děr se tvoří dostatečně brzy na to, aby odpovídaly za tyto velmi vzácné kvasary SDSS. Jejich hostitelé galaxií se poprvé objevili v datech tisíciletí, když byl vesmír starý jen několik set milionů let, a do současnosti se z nich staly nejhmotnější galaxie v centrech největších kup galaxií.
Pro profesora Carlose Frenka (Institute for Computational Cosmology, University of Durham), vedoucího společnosti Virgo ve Spojeném království, je nejzajímavějším aspektem předběžných výsledků skutečnost, že simulace tisíciletí poprvé ukazuje, že charakteristické vzory vtisknuté do hmoty distribuce v raných epochách a viditelná přímo na mikrovlnných mapách, by měla být stále přítomná a měla by být detekovatelná v pozorované distribuci galaxií. „Pokud dokážeme dostatečně dobře změřit chvění baryonu,“ říká profesor Frenk, „pak nám poskytnou standardní měřicí tyč pro charakterizaci geometrie a historie expanze vesmíru a tak se dozvíme o povaze temné energie.“
'Tyto simulace vytvářejí ohromující obrazy a představují významný milník v našem chápání toho, jak se formoval raný vesmír.' řekl generální ředitel PPARC, profesor Richard Wade. 'Simulace tisíciletí je skvělým příkladem interakce mezi teorií a experimentem v astronomii, protože nejnovější pozorování astronomických objektů lze použít k testování předpovědí teoretických modelů historie vesmíru.'
Podle profesora Simona Whitea (Institut Maxe Plancka pro astrofyziku), který stojí v čele úsilí v oblasti Virgo v Německu, nejzajímavější a nejrozsáhlejší aplikace simulace tisíciletí teprve přijdou. „Nové pozorovací kampaně nám poskytují informace s nebývalou přesností o vlastnostech galaxií, černých děr a rozsáhlé struktuře našeho vesmíru,“ poznamenává. „Naše schopnost předvídat důsledky našich teorií musí dosáhnout odpovídající úrovně přesnosti, pokud máme tyto průzkumy efektivně využívat k poznání původu a povahy našeho světa. Millenium Simulation je k tomu jedinečný nástroj. Naší největší výzvou je nyní zpřístupnit jeho sílu astronomům kdekoli, aby mohli vložit vlastní modelování formace galaxií a kvasarů, aby mohli interpretovat své vlastní pozorovací průzkumy.“
Původní zdroj: tisková zpráva PPARC