Науковці розробили найдосконалішу симуляцію Всесвіту

Астрофізики проекту “Mil­len­ni­umT­NG” розробили першу комп’ютерну модель Всесвіту, яка одночасно показує процеси, що відбуваються на рівні окремих галактик, а також розвиток великомасштабних космічних структур.

Симуляція охоплює величезну ділянку космосу розміром 10 млрд світлових років і дає змогу перевірити стандартну космологічну модель ΛCDM (Лямбда-CDM). Перші результати досліджень проекту опубліковані у журналі Month­ly Notices of the Roy­al Astro­nom­i­cal Soci­ety.

Для проекту “Mil­len­ni­umT­NG” дослідники об’єднали та модернізували дві чинні системи комп’ютерного моделювання Всесвіту. Перша з них Illus­trisT­NG — магнітна гідродинамічна симуляція, яка на основі відомих астрофізичних законів моделює формування галактик у різних умовах. Друга — Mil­len­ni­um, модель, що описує розподіл темної матерії у великих масштабах.

Об’єднання двох моделей дає змогу пов’язати між собою взаємний вплив темної й баріонної (“звичайної”, видимої) матерії: воно показує, наприклад, як процеси, пов’язані з вибухами наднових і надмасивними чорними дірами, впливають на перерозподіл речовин у Всесвіті.

Для моделювання дослідники використали два суперкомп’ютери, розташованих у Суперкомп’ютерному центрі Лейбніца та Даремському університеті. Готова модель описує формування близько 100 млн галактик Всесвіту діаметром близько 2,4 млрд світлових років. Це приблизно у 15 разів перевищує найкращий наявний розрахунок моделі TNG300.

Сучасна космологічна модель (Лямбда-CDM) припускає, що, крім класичної баріонної матерії, у Всесвіті є ще й темна матерія, яка не бере участі в електромагнітній взаємодії, а тому її не видно, однак відчутно гравітацію. Ба більше, астрофізики використовують додатковий параметр — темну енергію, яка пояснює прискорене розширення Всесвіту.

Більшість сучасних спостережень підтверджує коректність цієї моделі та вказують на те, що темна матерія і темна енергія переважають над баріонною матерією, яка становить лише 5% цієї “суміші”. Але фізична природа темних складових Всесвіту досі до кінця не зрозуміла.

Дослідники шукають найдрібніші протиріччя між реальними спостереженнями та передбаченнями моделі Лямбда-CDM, щоб краще зрозуміти фундаментальні закони Всесвіту та пояснити природу загадкових компонентів матерії та енергії. Що точніше й докладніше працює моделювання, засноване на відомих законах, і що чутливіші вимірювальні прилади та телескопи, то більший шанс знайти невідповідності й дізнатися щось нове про світ, який нас оточує.