Команда астрофизиков из Массачусетского технологического института во главе с Марком Вогельсбергером (Mark Vogelsberger) представила самую фундаментальную работу по воссозданию картины эволюции Вселенной. Учёные собрали все самые современные знания о космосе и его происхождении в один массив данных и запустили компьютерное моделирование.
Результаты работы, описанные в статье журнала Nature, подтвердили истинность стандартной космологической модели, так как компьютерная Вселенная оказалась очень похожей на нашу собственную.
Модель охватывает историю пространства-времени с момента 12 миллионов лет после Большого взрыва, что в масштабах Вселенной является буквально секундами. Физики рассматривали появление и развитие как видимой, так и тёмной материи.
Вогельсбергер и его коллеги отмечают, что в то время как прежние модели охватывали лишь малый промежуток истории космоса, либо были масштабными, но грубыми и упрощёнными, им удалось объединить высокую точность с крупным масштабом в одной компьютерной симуляции. Учёные представили описание крупного участка Вселенной, диаметр которого составляет 350 миллионов световых лет, чего достаточно для рассмотрения эволюции пространства-времени в исторической перспективе. Тем не менее, новая модель позволяет взглянуть и вглубь эволюционных процессов, таких как формирование отдельных галактик и звёзд.
Более того, компьютерная картина Вселенной воссоздаёт крупномасштабное распределение скоплений галактик и нейтрального газа, а также возникновение водорода и тяжёлых элементов в составе звёздных систем.
По словам авторов исследования, успех компьютерного моделирования зависит от двух параметров: совершенства алгоритмов вычислительной машины и полноты и подробности данных, с которыми они будут работать. Вогельсбергер учитывал все подробности человеческого знания о космосе, включая модели формирования сверхмассивных чёрных дыр и их влияния на окружающую действительность.
Для создания модели, которую астрофизики назвали Illustris, потребовалась огромная вычислительная мощность. Как подсчитал Вогельсбергер, даже у самого современного домашнего компьютера выполнение поставленной задачи займёт около двух тысячелетий. Учёные заставили работать более 8000 процессоров, и даже у них моделирование заняло несколько месяцев. Специально созданная компьютерная программа использует более 12 миллиардов 3D-пикселей или элементов разрешения для реконструкции истории Вселенной.
По подсчётам учёных, с первого момента, который описывает Illustris, и до сегодняшнего дня в отдельно взятом участке пространства сформировалось более 41 тысячи галактик. За разивитием каждой из них можно проследить в отдельности, то замедляя, то ускоряя компьютерные процессы.
«Illustris — это больше чем машина времени. Мы можем не только путешествовать во времени, но и выбирать отдельный интересный момент и рассматривать его в мельчайших деталях», — делится впечатлениями соавтор нового исследования Шай Дженел (Shy Genel) из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики.
Исследователи, не принимавшие участия в работе массачусетских астрофизиков, отмечают, как сильно сходится Illustris с нашими представлениями о Вселенной. Прежде не удавалось воссоздать на компьютере даже самые основные свойства отдельных галактик, а сегодня картина оказывается настолько полной, что удаётся рассмотреть множество деталей в крупном масштабе.
Впрочем, Вогельсбергер и его команда нашли и некоторые ошибки в своей модели — например, Illustris показывает, что галактики с низкой массой сформировались довольно рано в истории Вселенной. В таком случае у космологии появилась новая задача: теперь необходимо выяснить, каких сведений не хватает человечеству для полноценного описания развития галактик. К счастью, результаты любых космологических исследований теперь можно будет проверить.
Читайте также: Новости России и мира.