Міжнародна група вчених розробила комп'ютерну модель Всесвіту, що імітує еволюцію матерії з ранньої епохи і до теперішнього часу.
Згідно зі встановленою концепцією, наш Всесвіт на 95% складається з темної енергії і темної матерії. Моделювання динаміки решти 5%, які відносять до звичайної - баріонної матерії (переважно складається з протонів, нейтронів і електронів), виявилося складним завданням.
Тижневик Nature опублікував результати чисельного моделювання освіти космічних структур, що відображають як великомасштабний розподіл баріонної матерії, так і зміну з плином часу його властивостей в конкретних галактичних системах.
Відстеження еволюції баріонної матерії - завдання складне: явища в широкому діапазоні фізичних масштабів залучені до процесу формування галактик і більш великих структур Всесвіту. Щоб охопити репрезентативну частину Всесвіту, космологи повинні були описати обсяги принаймні в 100 млн парсек (326 млн світлових років) в поперечнику. Природний масштаб зіроутворення становить приблизно 1 парсек, а процес акреції речовини на чорну діру відбувається навіть у менших масштабах. Чисельне моделювання давно використовується для вирішення даних завдань. Однак досі навіть на найпотужніших суперкомп'ютерах було неможливо запустити досить велику симуляцію, щоб змоделювати великомасштабний розподіл газу, зірок і темної матерії, зберігши необхідний рівень деталізації для адекватного відображення окремих галактик.
Отримавши назву Illustris модель містить понад 10 млрд окремих комірок, що відображають газ у модельованих обсягах, що приблизно на порядок більше, ніж мали її попередниці. Симуляція починається з моменту в 12 млн років після Великого вибуху і розвивається до поточної епохи. У своєму програмному коді дослідники використовували новий метод для вирішення рівнянь, що описують еволюцію баріонної матерії в космічних структурах. У своїй моделі вчені охопили широке коло фізичних явищ, серед яких охолодження газу, еволюція зірок, приплив енергії від вибухів наднових, виробництво хімічних елементів, акреція речовини на надмасивні чорні діри. У сукупності ці явища, нелінійно впливаючи один на одного, вели еволюцію спостережуваного нами Всесвіту.
Прогін симуляції зайняв приблизно 16 млн годин процесорного часу - це близько двох тисяч років роботи одного персонального комп'ютера. Кінцевий результат моделі разюче схожий з спостережуваним Всесвітом (відео). Результати імітаційного спостереження надглибокого космосу в Illustris з легкістю можна сплутати зі знімком реального Всесвіту, отриманим в рамках надглибокого огляду «Хаббла» (Hubble Ultra Deep Field). Зображення зароджених у віртуальному Всесвіті галактик дивовижно реалістичні, раніше це було можливо лише при моделюванні окремих галактик. Мова не просто про візуальну схожість, широкий спектр кількісних показників узгоджується зі спостереженнями реального Всесвіту.
Однак Illustris не означає кінець удосконалення космологічних моделей освіти галактик. Обчислювальний обсяг моделі все ще недостатньо великий для моделювання рідкісних космологічних об'єктів, у тому числі чорних дір раннього Всесвіту. Рівень її деталізації недостатній для дослідження найтьмяніших галактик, як ті, що оточують Чумацький шлях. Зореутворення в маломасивних галактиках в Illustris відбувається раніше і швидше, ніж у реальному Всесвіті. Все це ще вимагає рішення. Все ще далека мрія - можливість досягти масштабів, необхідних для прямого моделювання освіти зірок у симуляції, що охоплює тисячі галактик, подібних до Чумацького шляху.
За матеріалами Nature (1, 2)