Astrofiziķu komanda nupat nāca klajā ar 8 miljoniem unikālu Visumu superdatorā un ļāva viņiem attīstīties, sākot no tikai maziem un beidzot ar veciem geizeriem. Viņu mērķis? Noskaidrot lomu, kādu neredzamā viela, saukta par tumšo matēriju, mūsu Visuma dzīvē spēlēja kopš Lielā sprādziena un ko tā nozīmē mūsu liktenim.
Pēc tam, kad tika atklāts, ka mūsu Visumu galvenokārt veido tumšā matērija 1960. gadu beigās, zinātnieki ir domājuši par tā lomu galaktiku veidošanā un spēju laika gaitā dzemdēt jaunas zvaigznes.
Saskaņā ar Lielā sprādziena teoriju neilgi pēc Visuma dzimšanas neredzamas un nenotveramas vielas fiziķi, kuri ir nodēvējuši tumšo matēriju, ar smaguma spēka palīdzību sāka salipt kopā masīvos mākoņos, kurus sauc par tumšās matūras halogiem. Tā kā halogēniem pieauga izmērs, tie piesaistīja visumu caurstrāvojošo nedaudz ūdeņraža gāzi, lai sanāktu kopā un veidotu zvaigznes un galaktikas, kuras mēs šodien redzam. Šajā teorijā tumšā matērija darbojas kā galaktiku mugurkauls, kas nosaka, kā tās laika gaitā veidojas, saplūst un attīstās.
Lai labāk saprastu, kā tumšā matērija ir veidojusi šo Visuma vēsturi, Pīters Behroozi, Arizonas universitātes astronomijas docents, un viņa komanda izveidoja savus Visumus, izmantojot skolas superdatoru. Datora 2000 procesori trīs nedēļu laikā strādāja bez pauzes, lai simulētu vairāk nekā 8 miljonus unikālo Visumu. Katrs Visums individuāli pakļāvās unikālam noteikumu kopumam, lai palīdzētu pētniekiem izprast attiecības starp tumšo matēriju un galaktiku evolūciju.
"Datorā mēs varam izveidot daudz dažādu Visumu un salīdzināt tos ar faktisko, un tas ļauj mums secināt, kuri noteikumi ved uz to, kuru mēs redzam," teikts Behroozi paziņojumā.
Kaut arī iepriekšējās simulācijas bija vērstas uz atsevišķu galaktiku modelēšanu vai mock-Visumu ģenerēšanu ar ierobežotiem parametriem, UniverseMachine ir pirmais no tā darbības jomas. Programma nepārtraukti izveidoja miljoniem Visumu, katrs satur 12 miljonus galaktiku, un katrs ļāva attīstīties gandrīz visā reālā Visuma vēsturē no 400 miljoniem gadu pēc Lielā sprādziena līdz mūsdienām.
"Lielais jautājums ir:" Kā veidojas galaktikas? "" Sacīja pētniece Risa Vehsere, fizikas un astrofizikas profesore Stenfordas universitātē. "Patiešām foršā lieta šajā pētījumā ir tā, ka mēs varam izmantot visus mūsu rīcībā esošos datus par galaktiku evolūciju - galaktiku skaitu, to, cik zvaigžņu viņiem ir un kā tās veido, - un salikt to visaptverošā pēdējā attēlā. 13 miljardi Visuma gadu. "
Lai izveidotu mūsu Visuma vai pat galaktikas kopiju, būtu nepieciešams neizskaidrojams skaitļošanas jaudas daudzums. Tā Behroozi un viņa kolēģi sašaurināja savu uzmanību uz divām galvenajām galaktiku īpašībām: to apvienoto zvaigžņu masu un ātrumu, kādā tās dzemdē jaunas.
"Atsevišķas galaktikas simulēšanai nepieciešami 10 līdz 48 skaitļošanas operācijas," skaidroja Behroozi, atsaucoties uz oktiliona operāciju vai 1, kam seko 48 nulles. "Visi datori uz Zemes kopā nevarēja to izdarīt simts gadu laikā. Tātad, lai simulētu vienu galaktiku, nemaz nerunājot par 12 miljoniem, mums tas bija jādara savādāk."
Tā kā datorprogramma rada jaunus Visumus, tas liek uzminēt, kā galaktikas zvaigžņu veidošanās ātrums ir saistīts ar tās vecumu, iepriekšējo mijiedarbību ar citām galaktikām un tumšās vielas daudzumu tās halo. Pēc tam tas salīdzina katru Visumu ar reāliem novērojumiem, precizējot fiziskos parametrus ar katru atkārtojumu, lai labāk atbilstu realitātei. Gala rezultāts ir visums, kas gandrīz identisks mūsu pašu.
Pēc Wechsler teiktā, viņu rezultāti parādīja, ka ātrums, ar kādu galaktikas dzemdē zvaigznes, ir cieši saistīts ar to tumšās vielas halogēnu masu. Galaktikām ar tumšās vielas halogēna masu, kas visvairāk līdzinās mūsu Piena ceļam, bija visaugstākie zvaigžņu veidošanās līmeņi. Viņa paskaidroja, ka zvaigžņu veidošanos masīvākās galaktikās apslāpē melno caurumu pārpilnība
Viņu novērojumi arī apstrīdēja ilgstoši pastāvošos uzskatus, ka tumšā matērija aizkavē zvaigznes veidošanos agrīnajā Visumā.
"Dodoties atpakaļ Visumā agrāk un agrāk, mēs sagaidām, ka tumšā viela būs blīvāka, un tāpēc gāze kļūs arvien karstāka. Tas ir slikti zvaigžņu veidošanās dēļ, tāpēc mēs domājām, ka agrīnās galaktikas ir daudz. Visumam jau sen vajadzēja pārstāt veidot zvaigznes, "sacīja Behroozi. "Bet mēs atklājām pretējo: noteiktā lieluma galaktikas, pretēji gaidītajam, biežāk veidoja zvaigznes ar lielāku ātrumu."
Tagad komanda plāno paplašināt UniverseMachine, lai pārbaudītu vairāk veidu, kā tumšā matērija varētu ietekmēt galaktiku īpašības, ieskaitot to formu attīstību, to melno caurumu masu un to, cik bieži viņu zvaigznes pāriet supernovā.
"Man visvairāk aizraujošs ir tas, ka mums tagad ir modelis, kurā mēs varam sākt uzdot visus šos jautājumus ietvarā, kas darbojas," sacīja Večlers. "Mums ir modelis, kas ir pietiekami lēts skaitļošanas ziņā, ka mēs būtībā varam aprēķināt visu Visumu aptuveni sekundē. Tad mēs varam atļauties to darīt miljoniem reižu un izpētīt visu parametru telpu."
Pētniecības grupa savus rezultātus publicēja Karaliskās astronomiskās biedrības žurnāla Mēneša paziņojumi septembra numurā.
