Астрономы создали крупнейшую симуляцию Вселенной

«Космическая паутина»: темные гало, обозначеные желтым цветом, соединяются нитями темной материи

Joachim Stadel, UZH

Ученые из университета Цюриха построили на суперкомпьютере самую крупную модель образования нашей Вселенной. Гигантская симуляция, представляющая собой виртуальный каталог из 25 миллиардов галактик (mock galaxy catalogue), поможет изучить распределение темной материи в космосе, а также подготовиться к миссии телескопа «Евклид». Работа опубликована в журнале Computational Astrophysics and Cosmology.

Миссия «Евклид» под эгидой Европейского космического агентства направлена на исследование природы темной материи и темной энергии. Одноименный космический аппарат, запуск которого намечен на 2020-е годы, измерит красное смещение галактик вплоть до z=2, что фактически позволит ученым заглянуть на 10 миллиардов лет назад. Определение связи между формами галактик и их красным смещением даст представление о том, какой вклад вносит темная энергия в ускорение расширения Вселенной.

Авторы новой работы построили крупнейшую модель Вселенной, которая в будущем поможет оптимизировать процесс наблюдений и свести к минимуму ошибки «Евклида». В симуляции N-тел собрано два триллиона частиц, представляющих собой скопления темной материи с массой 109 солнечных. Модель стала результатом трехлетней работы над созданием и усовершенствованием программного кода PKDGRAV3, который очень точно описывает динамику темной материи и образование крупномасштабных структур Вселенной, включая войды и галактические нити.Симуляция проводилась на суперкомпьютере Piz Daint, занимающем восьмое место в списке самых мощных суперкомпьютеров в мире. Благодаря тому, что код PKDGRAV3 был специально разработан для подобных машин, процесс занял всего 80 часов.

Эволюция начинается с момента, когда возраст Вселенной составлял всего 49 миллионов лет (z=49) и заканчивается в наши дни (z=0). Сначала она была однородна, однако со временем собственная гравитация частиц приводила к образованию темных гало. Согласно современным космологическим представлениям, последние играют важную роль в формировании галактик, являясь «узлами», притягивающими барионную материю.

Из модели был извлечен каталог, включающий 25 миллиардов виртуальных галактик. Симуляция астрофизиков примечательна тем, что в ней удалось получить галактики, по массе не превосходящие 0,1 массы Млечного пути - это было одним из требований миссии «Евклид». «Впервые симуляции будут использованы не только для того, чтобы понять какие-то эффекты или сделать предсказания, но и для того, чтобы извлечь фундаментальные физические параметры из будущих небесных обзоров», — комментирует один из авторов работы.

Астрономы часто используют симуляции, для того объяснить несоответствия между теоретическими или наблюдательными данными, а также чтобы лучше понять, как устроена наша Вселенная. Благодаря им ученым удалось объяснить недостаток карликовых галактик в Местной группе, а также открыть еще один тип планетарных объектов. Кроме того, моделирование помогло понять причины смены направления магнитных полюсов Земли, а также найти кандидата в экзотические черные дыры. Подробнее о космологических симуляциях можно прочитать в нашем материале.


Кристина Уласович

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.