Najväčšia simulácia vesmíru nám môže pomôcť zvrátiť „kozmologickú krízu“: Chápeme celý náš vesmír zle?
Výskumníci vytvorili gigantickú simuláciu, ktorá sledovala rôzne typy hmoty a evolúciu v rámci vesmíru.
Výskumníkom sa v rámci novej štúdie podarilo vytvoriť simuláciu, ktorú mnohí považujú za najväčšiu kozmologickú simuláciu, akú sme kedy vytvorili. Táto simulácia sleduje nielen normálnu hmotu, teda planéty hviezdy a galaxie, no zároveň aj temnú hmotu, ktorú zatiaľ nedokážeme priamo pozorovať vrátanej temnej energie.
Simulácia nám poskytuje pohľad na evolúciu celého vesmíru podľa zákonov fyziky ako ich poznáme. Ako vysvetľujú autori štúdie, postupom času môžeme na simulácii vidieť ako vznikajú prvé virtuálne galaxie a galaktické zoskupenia. Výskumníci svoju prácu prezentujú až v troch vedeckých štúdiách, publikovaných v Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
Teória nás učí, že vlastnosti vesmíru sú dané sadou čísel, ktoré nazývame kozmologické parametre. Teória má niekoľko úrovní zložitosti, pričom v najjednoduchšej verzii sa počíta so šiestimi kozmologickými parametrami. Hodnoty týchto parametrov dokážu vedci zistiť veľmi presne, napríklad pomocou kozmického mikrovlnného pozadia, pozostatku radiácie z čias Veľkého tresku. Sú však aj iné metódy.
Problém je, že tieto metódy spolu nesúhlasia. Znamená to, že vedci získajú iné hodnoty keď merajú kozmologické parametre inými spôsobmi. Tento nesúlad vytvára vo svete vedy “napätie”, ktoré by mohlo vyústiť až v kolaps nášho štandardného kozmologického modelu. Štandardný kozmologický model CDM-λ je našim najlepším vysvetlením toho, ako vesmír funguje a čo sa deje okolo nás.
Dokážeme zistiť, kde je problém?
Simulácie môžu vedcom pomôcť nájsť dôvod, prečo jednotlivé meracie techniky neprinášajú rovnaké výsledky. Jednou z možností je, že simulácia ukáže vedcom, či vo svojich meraniach neurobili nejakú systematickú chybu. Ak nie, znamenalo by to, že štandardný kozmický model je vážne v ohrození. Počítačové simulácie, ktoré vedci porovnávali s pozorovaniami, typicky sledovali len studenú temnú hmotu.
Neprehliadnite
“Temná hmota dominuje gravitácii, no už nemožno naďalej ignorovať prispievanie obyčajnej hmoty. Práve normálna hmota by nám mohla pomôcť pochopiť rozdiel medzi modelmi a pozorovaniami,” tvrdí vedúci výskumu, Joop Schaye.
Simulácia prvýkrát ukázala, že na presné predpovede potrebujeme neutrína a obyčajnú hmotu. Stále však nedokázala vysvetliť rozdiely vo výsledkoch iných kozmologických meraní. Simulácia obyčajnej hmoty je oveľa náročnejšia. Obyčajná hmota, inak nazývaná aj baryónová, dokáže okrem gravitácie pociťovať aj tlak plynu. To môže spôsobiť, že čiernu dieru odfúkne von z galaxie aktívna čierna diera alebo supernova. Preto si simulácie baryónovej hmoty vyžadujú veľkú výpočtovú silu. Mimochodom, náš vesmír je tvorený z približne 16% obyčajnou hmotou.
Výskumníci v práci popisujú, že simulovali model, ktorý najlepšie popisuje kalibračné pozorovania, pomocou superpočítača v rôznych kozmických objemoch a pri rôznych rozlíšeniach. Okrem toho menili parametre modelu, vrátane sily galaktických vetrov, hmotnosti neutrín a kozmologických parametrov v simuláciách o niečo menších, ale stále veľkých objemov.
V rámci simulácie vedci použili 300-miliárd rezolučných prvkov, pričom jeden reprezentuje hmotnosť malej galaxie. Tieto prvky sa nachádzali v kocke o veľkosti 10-miliárd svetelných rokov. Predpokladá sa teda, že toto je najväčšia simulácia vesmíru aká sa vedcom podarila. Vedci veria, že táto simulácia pomôže ďalším výskumníkom nahliadnuť do evolúcie nášho vesmíru ešte hlbšie.
Komentáre