Астрофізики опублікували найбільш досконалу модель Всесвіту – IllustrisTNG

Новітні методи чисельного моделювання дозволили вченим з проекту Illustris створити найбільш інформативну та досконалу модель Всесвіту за всі часи.

Безпрецедентна симуляція відкрила новий погляд на те, як чорні діри впливають на розподіл темної матерії, та як важкі елементи розповсюджуються у просторах космосу, де панують надзвичайно потужні магнітні поля.

Іллюстріс: Нове Покоління

Унікальна симуляція була створена цілим об’єднанням науковців на чолі з головним дослідником Волкером Шпрингелем з Гейдельберзького інституту теоретичних досліджень. У роботі також взяли участь астрофізики з Астрономічного інституту ім. Макса Планка, Гарвардського університету, Массачусетського технологічного інституту та Центру обчислювальної астрофізики інституту Флетайрон (CCA). Програма отримала назву “Іллюстріс: Нове Покоління” (“Illustris: The Next Generation“) або IllustrisTNG.

Симуляція Всесвіту - ударні хвилі газу
Візуалізація інтенсивності ударних хвиль у космічному газі (блакитний) навколо структур темної матерії (помаранчевий / білий). Подібно до звукової хвилі, газ у цих ударних хвилях прискорюється вибухово, коли зіштовхується з космічними рукавами та галактиками. Джерело: IllustrisTNG

За словами Шая Генеля з CCA, який допомагав у розробці та налаштуванні Іллюстріс, ця модель є свого роду найбільш досконалою симуляцією Всесвіту.

Нова модель відкрила досліднику деталі формування та зростання цілих галактик у повному масштабі відомого космосу.

“Коли ми спостерігаємо галактики за допомогою телескопа, ми можемо виміряти лише певні параметри,”

стверджує Генель –

“З цією симуляцією ми в змозі відслідковувати всі параметрі усіх цих галактик. І не лише те, як зараз виглядають галактики, але й усю їхню історію утворення.”

За його словами, відстеження еволюції галактик може розповісти про те, як виглядав Чумацький шлях, коли Земля щойно з’явилася, або, що стане з нашою галактикою у віддаленому майбутньому.

Розріз космічної структури Всесвіту TNG
Розріз фрагмента глобальної космічної структури з найбільшої симуляції проекту IllustrisTNG. Яскравість зображення вказує на щільність, а колір – показує середню температуру газу звичайної (баріонної) матерії. Показана область простягається приблизно на 1,2 мільярда світлових років зліва направо. Основна симуляція на сьогодні є найбільшим магнітогідродинамічним моделюванням формування галактик, що містить понад 30 мільярдів елементів. Джерело: IllustrisTNG collaboration

“Висока роздільна здатність IllustrisTNG у поєднанні з витонченими моделями галактичного утворення дозволили нам вивчити питання магнітних полів значно детальніше, ніж у будь-якій попередній космологічній симуляції,”

– розповів Марк Вогельсбергер з MIT, який також брав участь у розробці та тестуванні симуляцій IllustrisTNG.

Космічні гази на відстані 100 кілопарсек TNG100 модель
Рендеринг газових потоків на відрізку розміром 100 кілопарсек. Фокус зображення – на другому найбільшому галактичному кластері у моделі TNG100. Чорним позначено регіони, де газ практично не рухається. Водночас, яскраві області позначають області з потоками, швидкість яких перевищує 1000 км на секунду. Це зображення демонструє контраст між потоками газу, які рухаються у рукавах, та швидкими і хаотичними потоками, що рухаються під дією гравітаційного колодязя та надмасивної чорної діри у центрі кластера. Джерело: IllustrisTNG collaboration

“Реалістичніша” модель Всесвіту та космічні структури

IllustrisTNG є оновленою версією попередньої моделі Illustris, яку розробила та сама команда фахівців.

Еволюція Всесвіту від Великого Вибуху до наших днів (кольори відповідають температурам газів).
Модель Illustris (2014 рік). Джерело: www.illustris-project.org

У новій моделі дослідники також створили кубічний Всесвіт, але врахували формування мільйонів галактик з репрезентативного регіону Всесвіту у розрізі близько одного мільярда світлових років (по одній стороні). Для порівняння, попередня модель охоплювала лише 350 мільйонів світлових років.

За словами Шпрингеля, lllustrisTNG став наймасштабнішою гідродинамічною симуляцією в історії, яка показала поширення космічних структур.

Напруженість електромагнітних полів у міжзоряному просторі: синім та фіолетовим показано регіони з низьким рівнем електромагнітної енергії, яка розподілилась вздовж космічних рукавів. Помаранчевим та білим позначені регіони з високим рівнем концентрації енергії, такі як гало та галактики. Джерело: The TNG Collaboration

Цікаво, що модель lllustrisTNG відтворює космічне павутиння з газу та темної матерії, у якій галактики виявились дуже схожими на реальні за своїми розмірами та формою. За словами вчених, вперше гідродинамічні симуляції змогли надати детальну картину кластерів у космосі.

Вчені навіть порівняли отримані результати з даними спостережень проекту Слоанівського цифрового огляду неба, і побачили, що симуляції lllustrisTNG досягають “високого рівня реалізму”.

Ба більше, нова модель вчених демонструє не тільки структури Всесвіту, але і їхню еволюцію у часі, враховуючи темну матерію, що пронизує космос. Дослідники впевнені, що тепер вони можуть точно прогнозувати впливи надмасивних чорних дір на розподіл матерії у справді глобальних масштабах.

Порівняння розподілення міжгалактичного газу у моделях TNG100-1 та Illustris-1 (2014 рік). Порожнини з низькою концентрацією матерії (чорний та темно-синій) переходять у космічні рукави (жовтий та зелений). Гало з матерії (світло-синій) та окремі галактики (білий). Джерело: The TNG Collaboration

24 000 процесорів та 500 терабайтів даних

Для своєї грандіозної симуляції дослідники використали німецький суперкомп’ютер Cray XC-40 (Hazel Hen), що знаходиться у Штутгарті. Для симуляції лише однієї з двох моделей вчені скористалися виробничими потужностями понад 24 тисяч процесорів протягом більше ніж двох місяців.

“Нові симуляції моделі згенерували понад 500 терабайт даних симуляцій,”

– зазначає Шпрингель –

“Аналіз цих велетенських обсягів даних зробить нас зайнятими на роки, і обіцяє багато дивовижних відкриттів у різних астрофізичних процесах.”

Новий погляд на галактичну структуру

Симуляція lllustrisTNG вже змусила астрофізиків замислитись над усталеними уявленнями про утворення галактик за розмірами. Теоретики вважають, що першими мають виникати малі галактики, які згодом утворюють більші структури під дією невблаганної гравітації. Однак множинні зіткнення часто розривають окремі галактики на частини, а їхні зорі розсіюються по новим орбітам навколо новостворених великих галактик. Через це, довкола них має виникати слабке фонове світіння від зір-аутсайдерів. Це явище важко спостерігати у телескопи, але lllustrisTNG зміг показати саме те, за чим полюють астрономи.

Нині будь-які прогнози “великої симуляції” від Іллюстріс дослідники зможуть систематично перевіряти під час майбутніх спостережень. І якщо все буде виглядати настільки дивовижно, як на відео з моделі, нам це має безперечно сподобатись.

Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2017), doi:10.1093/mnras/stx3304; doi:10.1093/mnras/stx3040; doi: 10.1093/mnras/stx3112.

The post Астрофізики опублікували найбільш досконалу модель Всесвіту – IllustrisTNG appeared first on Science Ukraine.

Джерело та деталі: Астрофізики опублікували найбільш досконалу модель Всесвіту – IllustrisTNG

Місія онлайн-видання Science Ukraine є амбітною та, водночас, важливою для всього суспільства – змінити уявлення про науково-популярну журналістику в Україні; ми створюємо сучасне українське науково-популярне медіа. Ми не абстрагуємось на поверхневій інформації зі ЗМІ, а формуємо та об’єднуємо джерела. Ми навчаємось та навчаємо.

Updated: 02.02.2018 — 22:02
2012 - 2018 © Іменка - RSS новини з сайтів України | Підтримка: Діал інформаційна система | Двигунець: Wordpress | Тема: Frontier