Як ми тут опинилися? Не тільки ми, люди, деремося по блідо-блакитній точці, мчимося навколо зірки, мчимося навколо надмасивної чорної діри, мчимося через місцеве скупчення. Але як сюди потрапила крапка, зірка, чорна дірка та скупчення? Як незбагненно величезне все це потрапило туди, де воно зараз, з неймовірного нічого, мільярди років тому?
Ось і справді питання питань. І в рамках найбільшого на сьогодні проекту такого роду астрономи намагаються знайти відповіді, проводячи комп’ютерне моделювання всього Всесвіту.
Вони називаються моделюванням FLAMINGO (повне масштабне моделювання структур з картуванням всього неба для інтерпретації спостережень наступного покоління), яке виконується на суперкомп’ютері на об’єкті DiRAC у Великій Британії.
Ці симуляції інтенсивні. Вони призначені для розрахунку еволюції всіх відомих компонентів Всесвіту. Це означає нормальну матерію: зірки; галактики; всі речі, яких ми могли торкнутися (це могло нас убити, але ми могли б); темна матерія — загадкова маса, що створює дивну додаткову гравітацію; і темна енергія — загадкова сила, що прискорює розширення Всесвіту.
Найбільша з цих симуляцій містить 300 мільярдів частинок з масою маленької галактики в кубічному обсязі простору з краями 10 мільярдів світлових років.
«Щоб зробити це моделювання можливим, ми розробили новий код SWIFT, який ефективно розподіляє обчислювальну роботу між 30 тисяч процесорів», — пояснює астроном Матьє Шаллер з Лейденського університету.
(Джош Борроу, команда FLAMINGO та консорціум Virgo)
Початкові результати були опубліковані в трьох статтях: у першій описуються методи, у другій — моделювання, а в третій — результати, що описують великомасштабну структуру Всесвіту в холодній темній матерії.
Зокрема, у третій статті розглядалося те, що називається сигма 8, або напруга S8. Це засновано на вимірюванні Всесвіту, яке називається космічним мікрохвильовим фоном – слабким мікрохвильовим випромінюванням, яке наповнює Всесвіт з епохи відразу після Великого вибуху. Аналіз цього світла свідчить про те, що Всесвіт на цей час повинен був згуртуватися більше, ніж це було.
Оскільки ця напруга є серйозною проблемою для моделі холодної темної матерії Всесвіту, в якій має відбуватися злипання, дослідники сподіваються, що FLAMINGO може дати деякі відповіді.
Поки що їм не вдалося вирішити цю напругу – це була б величезна новина для космології – але вони знають щось про проведення моделювання: як звичайна матерія, так і нейтрино необхідні для точних передбачень.
«Хоча темна матерія домінує над силою тяжіння, внеском звичайної матерії більше не можна нехтувати, — говорить керівник дослідження й астроном Джоп Шайе з Лейденського університету, — оскільки цей внесок може бути подібним до відхилень між моделями та спостереженнями».
Симуляцію, яка включає звичайну матерію, важче запустити. Відомо, що темна матерія взаємодіє зі Всесвітом лише гравітаційно; звичайна матерія також взаємодіє з тиском, таким як радіаційний тиск, і галактичними вітрами, які є непередбачуваними і важко моделювати. Щоб запрацювати, потрібно значно більше обчислювальної потужності, тому нам доведеться ще трохи почекати на відповіді щодо напруги S8 від FLAMINGO.
Однак дослідники провели серію симуляцій, які відстежують формування структури Всесвіту в темній матерії, нормальній матерії та нейтрино, змінюючи параметри всіх трьох, щоб побачити, як це впливає на кінцевий результат.
«Вплив галактичних вітрів був відкалібрований за допомогою машинного навчання шляхом порівняння передбачень багатьох різних симуляцій відносно малих об’ємів зі спостережуваними масами галактик і розподілом газу в скупченнях галактик», — пояснює астроном Рой Кугель з Лейденського університету.
Команда ще не оприлюднила свої дані FLAMINGO, оскільки вони мають розмір у кілька петабайтів. Усіх, хто зацікавлений, заохочуємо надіслати ввічливий запит до відповідного автора. Джерело
