Symulowany obraz pokazujący rozkład materii we Wszechświecie. Źródło zdjęcia: MPG. Kliknij, aby powiększyć.
Konsorcjum Virgo, międzynarodowa grupa astrofizyków z Wielkiej Brytanii, Niemiec, Japonii, Kanady i USA opublikowała dzisiaj (2 czerwca) pierwsze wyniki największej i najbardziej realistycznej symulacji wzrostu struktury kosmicznej i powstawania galaktyk oraz kwazary. W artykule opublikowanym w Nature, konsorcjum Virgo pokazuje, w jaki sposób porównanie takich danych symulowanych z dużymi badaniami obserwacyjnymi może ujawnić fizyczne procesy leżące u podstaw gromadzenia się prawdziwych galaktyk i czarnych dziur.
W „Millennium Simulation” wykorzystano ponad 10 miliardów cząstek materii do śledzenia ewolucji rozkładu materii w sześciennym regionie Wszechświata w odległości ponad 2 miliardów lat świetlnych na bok. Utrzymywał główny superkomputer w Centrum Superkomputerowym Maxa Plancka w Garching w Niemczech okupowanym przez ponad miesiąc. Dzięki zastosowaniu wyrafinowanych technik modelowania do 25 terabajtów (25 milionów megabajtów) zgromadzonej produkcji, naukowcy z Panny są w stanie odtworzyć historie ewolucyjne dla około 20 milionów galaktyk zaludniających tę ogromną objętość oraz dla supermasywnych czarnych dziur, które czasami są postrzegane jako kwazary w ich sercach .
Teleskopy wrażliwe na mikrofale były w stanie bezpośrednio zobrazować Wszechświat, gdy miał on zaledwie 400 000 lat. Jedyną strukturą w tym czasie były słabe zmarszczki w skądinąd jednolitym morzu materii i promieniowania. Ewolucja napędzana grawitacją przekształciła później te fale w niezwykle bogatą strukturę, którą widzimy dzisiaj. To właśnie ten rozwój ma na celu symulacja Millennium, z dwoma celami: sprawdzenia, czy ten nowy paradygmat kosmicznej ewolucji jest rzeczywiście zgodny z tym, co widzimy, oraz zbadania złożonej fizyki, która doprowadziła do powstania galaktyk i ich centralnych czarnych dziur .
Ostatnie postępy w kosmologii pokazują, że około 70 procent naszego Wszechświata składa się obecnie z Ciemnej Energii, tajemniczego pola sił, które powoduje, że rozszerza się on coraz szybciej. Około jedna czwarta najwyraźniej składa się z Cold Dark Matter, nowego rodzaju cząstek elementarnych, które nie zostały jeszcze bezpośrednio wykryte na Ziemi. Tylko około 5 procent składa się ze zwykłej materii atomowej, którą znamy, z czego większość składa się z wodoru i helu. Wszystkie te komponenty są traktowane w Millennium Simulation.
W artykule poświęconym naturze naukowcy z Panny używają symulacji Millennium do badania wczesnego wzrostu czarnych dziur. Sloan Digital Sky Survey (SDSS) odkrył szereg bardzo odległych i bardzo jasnych kwazarów, które wydają się być gospodarzem czarnych dziur co najmniej miliard razy masywniejszych niż Słońce w czasach, gdy Wszechświat był mniej niż jedna dziesiąta swojego obecnego wieku.
„Wielu astronomów uważało, że nie da się pogodzić ze stopniowym wzrostem struktury przewidywanym przez standardowy obraz”, mówi dr Volker Springel (Max Planck Institute for Astrophysics, Garching) lider projektu Millennium i pierwszy autor artykułu: „Jednak , kiedy wypróbowaliśmy nasze modelowanie formacji galaktyk i kwazarów, odkryliśmy, że kilka masywnych czarnych dziur tworzy się wystarczająco wcześnie, aby uwzględnić te bardzo rzadkie kwazary SDSS. Ich gospodarze galaktyk pojawiają się po raz pierwszy w danych Millennium, gdy Wszechświat ma zaledwie kilkaset milionów lat, a do dnia dzisiejszego stały się najbardziej masywnymi galaktykami w centrach największych gromad galaktyk. ”
Dla prof. Carlosa Frenka (Institute for Computational Cosmology, University of Durham), szefa Panny w Wielkiej Brytanii, najciekawszym aspektem wstępnych wyników jest fakt, że Millennium Simulation po raz pierwszy pokazuje, że charakterystyczne wzory odcisnęły się na materii rozmieszczenie we wczesnych epokach i widoczne bezpośrednio na mapach mikrofalowych, powinno być nadal obecne i powinno być wykrywalne w obserwowanym rozkładzie galaktyk. „Jeśli uda nam się wystarczająco dobrze zmierzyć ruchy barytonowe” - mówi prof. Frenk - „zapewnią nam standardowy pręt pomiarowy do charakteryzowania geometrii i historii ekspansji wszechświata, aby poznać naturę Ciemnej Energii”.
„Te symulacje dają oszałamiające obrazy i stanowią istotny kamień milowy w naszym zrozumieniu tego, jak ukształtował się wczesny wszechświat.” powiedział dyrektor generalny PPARC, prof. Richard Wade. „Symulacja Millennium jest doskonałym przykładem interakcji między teorią a eksperymentem w astronomii, ponieważ najnowsze obserwacje obiektów astronomicznych można wykorzystać do testowania prognoz modeli teoretycznych historii Wszechświata”.
Według profesora Simona White'a (Instytutu Astrofizyki Maxa Plancka), który kieruje wysiłkami Panny w Niemczech, jeszcze najbardziej interesujące i dalekosiężne zastosowania Millennium Simulation są jeszcze przed nami. „Nowe kampanie obserwacyjne dostarczają nam informacji o niespotykanej precyzji na temat właściwości galaktyk, czarnych dziur i wielkoskalowej struktury naszego Wszechświata”, zauważa. „Nasza zdolność do przewidywania konsekwencji naszych teorii musi osiągnąć odpowiedni poziom precyzji, jeśli mamy skutecznie wykorzystywać te ankiety, aby poznać pochodzenie i naturę naszego świata. Millennium Simulation jest do tego unikalnym narzędziem. Naszym największym wyzwaniem jest teraz udostępnienie astronomom swojej mocy na całym świecie, aby mogli wstawić własne modelowanie formacji galaktyk i kwazarów w celu interpretacji własnych badań obserwacyjnych. ”
Oryginalne źródło: PPARC News Release
