Астрофизики создали самую реалистичную симуляцию Вселенной

Леонид Гляделов

Новости астрофизики:
Астрофизики получили новое представление о формировании и эволюции галактик. Они подсчитали, как черные дыры влияют на распределение темной материи, как тяжелые элементы создаются и распространяются по всему космосу, и откуда возникают магнитные поля. Это стало возможным благодаря разработке и программированию новой имитационной модели для вселенной, которая создала самые обширные симуляции такого рода на сегодняшний день.

Подробнее:

Каждая галактика имеет в своем центре сверхмассивную черную дыру. Новая компьютерная модель теперь показывает, как эти гравитационные монстры влияют на крупномасштабную структуру нашей Вселенной. В состав исследовательской группы входят ученые из Гейдельбергского института теоретических исследований (HITS), Гейдельбергского университета, Макс-Планка - институты астрономии (MPIA, Гейдельберг) и для астрофизики (MPA, Garching), университеты США, Гарвард и Массачусетский технологический институт (MIT), а также Центр вычислительной астрофизики в Нью-Йорке. Проект «Illustris - следующее поколение» (IllustrisTNG) является наиболее полным симулятором такого рода на сегодняшний день. Основываясь на основных законах физики, симуляция показывает, как наш космос развился со времен Большого взрыва. Добавляя к предшественнику проект Illustris, IllustrisTNG включает в себя некоторые физические процессы, которые в первый раз играют важную роль в этой эволюции в такой обширной симуляции. Первые результаты проекта IllustrisTNG теперь опубликованы в трех статьях в журналеЕжемесячные уведомления Королевского астрономического общества . Эти выводы должны помочь ответить на фундаментальные вопросы космологии.


СМОТРЕТЬ ВИДЕО:

Реалистичная вселенная из компьютера

В своих точках пересечения космическая сеть газа и темной материи, предсказанная IllustrisTNG (симулятор), содержит галактики, очень похожие на форму и размер реальных галактик. Впервые гидродинамическое моделирование могло непосредственно вычислить подробную картину кластеризации галактик в космосе. Сравнение с наблюдаемыми данными, включая новейшие крупные опросы, демонстрирует высокую степень реализма IllustrisTNG. Кроме того, моделирование предсказывает, как космическое полотно изменяется со временем, в частности, в отношении лежащей в основе космоса темной материи.
«Удивительно, что мы можем точно предсказать влияние сверхмассивных черных дыр на распределение вещества в больших масштабах», - говорит главный исследователь проф. Фолькер Спрингел (HITS, MPA, Heidelberg University). "

Важнейшая трансформация в жизненном цикле галактик

В другом исследовании д-р Дилан Нельсон (MPA) смог продемонстрировать важное влияние черных дыр на галактики. Звездообразующие галактики ярко сияют в синем свете своих молодых звезд, пока внезапный эволюционный сдвиг не закончит звездообразование, так что в галактике доминируют старые красные звезды и соединяются с кладбищем, полным «красных и мертвых» галактик. «Единственным физическим объектом, способным тушить звездообразование в наших больших эллиптических галактиках, являются сверхмассивные черные дыры в их центрах», - объясняет Нельсон. «Сверхбыстрые оттоки этих гравитационных ловушек достигают скорости до 10 процентов скорости света и влияют на гигантские звездные системы, которые в миллиарды раз больше, чем сравнительно маленькая черная дыра».

Где звезды сверкают: новые находки для структур галактик

IllustrisTNG также помогает исследователями понять иерархические структуры галактик. Теоретики утверждают, что сначала должны образовываться маленькие галактики, а затем сливаться во все более крупные объекты, управляемые неустанным тяготением силы тяжести. Многочисленные столкновения галактик буквально раздирают некоторые галактики и разбрасывают их звезды на широкие орбиты вокруг вновь созданных больших галактик, что должно дать им слабое фоновое свечение звездного света. Эти предсказанные бледные звездные ореолы очень трудно наблюдать из-за их низкой поверхностной яркости, но IllustrisTNG смоделировал точно то, что астрономы должны искать в своих данных.
«Наши прогнозы теперь могут систематически проверяться наблюдателями», - отмечает доктор Анналиса Пиллепич (MPIA)."

Астрофизика со специальным кодом и суперкомпьютером

Для проекта исследователи разработали особенно мощную версию своего высокопараллельного движущегося сетчатого кода AREPO и использовали его на машине Hazel Hen в высокопроизводительном вычислительном центре Stuttgart, самом быстром мэйнфреймовом компьютере в Германии, который в настоящее время занимает девятнадцатое место в Top500. IllustrisTNG - крупнейший проект гидродинамического моделирования на сегодняшний день для возникновения космических структур. Чтобы вычислить одну из двух основных симуляций, более 24 000 процессоров использовались в течение более двух месяцев, чтобы следить за образованием миллионов галактик во Вселенной за почти миллиард световых лет. «Благодаря вычислительному времени, полученному в немецком Центре суперкомпьютеров Гаусса, мы смогли переопределить современное состояние в этой области», - объясняет Фолькер Спрингель.


Похожие статьи