Комп'ютерне моделювання Всесвіту - Іллісти

Міжнародна команда вчених розробила комп’ютерну модель Всесвіту, яка імітує еволюцію матерії з ранньої епохи до сьогодення.

За встановленою концепцією, наш Всесвіт 95% складається з темної енергії та темної матерії. Моделювання динаміки решти 5%, що приписується до звичайної - баріонної матерії (головно складається з протонів, нейтронів і електронів), доведено, що складне завдання.





Щотижня природа опублікувала результати чисельного моделювання формування космічних структур, що відображають як масштабний розподіл баріонової речовини, так і зміни часу її властивостей в конкретних галактичних системах.

Відстеження еволюції баріонової речовини є складним завданням: явища на широкому спектрі фізичних ваг залучені до утворення галактик і більших структур Всесвіту. Щоб покрити репрезентативну частину Всесвіту, лікарі повинні описати обсяги не менше 100 млн. паречек (326 млн. світлових років) по всій території. Натуральна шкала утворення зірки становить близько 1 парсека, а процес нарахування матерії до чорного отвору відбувається навіть на меншій кількості. Для вирішення цих проблем використовуються нумеричні моделювання. Тим не менш, навіть найбільш потужні суперкомп'ютери не змогли запустити досить масштабне моделювання для моделювання масштабного розподілу газу, зірок та темної матерії, зберігаючи необхідний рівень деталей, щоб адекватно відображати окремі галактики.

Викликав Illustris, модель містить понад 10 мільярдів індивідуальних клітин, що відображають газ в імітованих обсягах, що є про порядок збільшення, ніж його попередників. Моделювання починається на 12 млн. років після Великого Bang і розвивається на поточну епоху. У своєму програмному коді дослідники використовували новий метод вирішення рівнянь, що описують еволюцію баріонової речовини в космічних структурах. У своїй моделі вчені покрили широкий спектр фізичних явищ, в тому числі охолодження газу, еволюція зірок, інфлюкс енергії з супернова вибухів, виробництво хімічних елементів, нарахування матерії на надмасивні чорні отвори. Разом, ці явища, нелінійно впливають на один одного, під керівництвом еволюції спостережного Всесвіту.

Пробіг моделювання зайняли близько 16 млн. годин ЦП – близько двох тисяч років роботи одного персонального комп’ютера. Кінцевий результат моделі помітно схожий на спостережний Всесвіт. Результати імітаційного спостереження надглибокого простору в Іллісти можуть легко плутати з зображенням реального Всесвіту, отриманого в рамках дослідження Hubble Ultra Deep Field. Зображень галактик, що виникають у віртуальному Всесвіті, дивно реалістичні, раніше це можливо тільки при моделюванні окремих галактик. Не просто про візуальні схожості, широкий спектр метрики відповідають спостереженням реального Всесвіту.

Тим не менш, Illustris не означає закінчення поліпшених космічних моделей утворення галактик. Об'єм обчислювальної моделі все ще недостатньо для моделювання рідкісних космічних об'єктів, в тому числі чорних отворів в ранньому Всесвіті. Його рівень деталей недостатньо для вивчення файнтестів галактик, таких як навколишній молочний шлях. Староутворення в низькомасових галактиках в Іллустрі виникає раніше і швидше, ніж в реальному Всесвіті. Все це ще потребує рішення. Це ще далекий сон, щоб мати можливість досягти масштабу, необхідної для безпосереднього моделювання зоряного утворення в імітаційному проміжку тисяч галактик, як молочний спосіб.





Джерело: nkj.ru