Международная группа учёных под руководством Университета Хельсинки моделировала эволюцию космоса с Большого взрыва до наших дней при помощи суперкомпьютера. Полученная ими симуляция SIBELIUS DARK – самая масштабная и полная из всех созданных симуляций Вселенной.
Благодаря суперкомпьютерам и алгоритмам, разработанным под руководством Университета Хельсинки, исследователям удалось смоделировать эволюцию космоса от Большого взрыва до настоящего времени. Ученые сравнили виртуальную вселенную с наборами экспериментальных наблюдений, чтобы как можно точнее передать положение и характеристики известных космических структур.
Симуляция SIBELIUS-DARK в рамках проекта Simulation Beyond the Local Universe (SIBELIUS) – самое масштабное и полное виртуальное представление Вселенной. Благодаря ей выяснилось, что наша локальная Вселенная обладает необычными особенностями. SIBELIUS-DARK предсказывает меньшее количество галактик, чем видим мы из-за недостатка массивных объектов на крупномасштабном уровне.
Модель SIBELIUS-DARK охватывает пространство до расстояния 600 миллионов световых лет от Земли и построена на основе более чем 130 миллиардов смоделированных частиц. Для этого требуется совместная работа многих тысяч компьютеров в течение нескольких недель, что приводит к огромному объёму данных. Учёные использовали для этого DiRAC Cosmology MACchine (COSMA), находящийся под управлением Института вычислительной космологии Даремского университета.
Команда ученых из Даремского университета создала космологические симуляции, применяющие физические уравнения для моделирования эволюции темной материи и космического газа на протяжении всей жизни Вселенной.
Темная материя — это гипотетическая форма материи, отличная от привычной нам. Предполагается, что она составляет большую часть всей материи во Вселенной. Она образует скопления, называемые гало, которые со временем могут стать достаточно большими для вмещения галактик, подобных нашему Млечному Пути. Гало гравитационно притягивают окружающий газ, который распадается на звезды и собирается в галактики.
За двадцать лет космологи сформировали стандартную модель Вселенной (теорию Lambda-CDM, модель холодной темной материи), которая позволяет объяснить многие астрономические наблюдения. К ним относятся характеристики остаточного тепла Большого взрыва (космический микроволновый фон) и количество галактик с их пространственным распределением в настоящее время.
Результаты исследования SIBELIUS-DARK не опровергают стандартную космологическую модель, но могут иметь важное значение для её понимания и интерпретации вместе с данными экспериментов.
В проекте SIBELIUS с помощью COSMA проводятся многочисленные симуляции. Передовые алгоритмы позволяют воспроизвести локальную Вселенную со структурой, схожей с наблюдаемой астрономами в окрестностях нашей галактики: скоплениями Девы, Комы и Персея, Великой стеной и Локальной пустотой.
В центре симуляции расположена пара галактик – виртуальные аналоги Млечного Пути и Андромеды.
Карлос Френк, профессор фундаментальной физики из Института вычислительной космологии Даремского университета, высказал следующее.
«Показательно наблюдать, как из компьютерных расчетов рождаются знакомые структуры, существующие вокруг нас. Моделирование демонстрирует следствия действия физических законов на темную материю и космический газ в течение 13,7 миллиарда лет существования Вселенной. Воссоздание этих структур подтверждает стандартную модель холодной темной материи и указывает на правильность выбранного пути к пониманию эволюции всей Вселенной. «.
Проект SIBELIUS принципиально новый. Это особенно значительное испытание законов физики в их историческом развитии. Множество теорий находят своё выражение и получают доказательства своей достоверности.
Результаты моделирования SIBELIUS-DARK опубликованы в журнале «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» (MNRAS). .