První realistická simulace vývoje vesmíru

Díky výpočetnímu výkonu osmi tisíc zapojených procesorů v něm realistická simulace vývoje vesmíru, tedy dosavadních asi 13 miliard let, proběhla během tří měsíců.

Model má název Illustris a podíleli se na něm hlavně vědci z Massachusettského technologického institutu a dalších institucí. Simulace během svého postupu vytvořila v počítači více než 41 tisíc galaxií.

Při celkovém pohledu na daný segment vesmíru byl dobře patrný vývoj tzv. velkorozměrové struktury vesmíru, která z jednotlivých galaxií a jejich kup vytváří prostřednictvím gravitace jakási vlákna, zatímco jiná okolní místa jsou spíše prázdná. Každá galaxie navíc obsahuje až miliony samostatně modelovaných seskupení hvězd, které obíhají kolem galaktického jádra.

Model postihuje i takové procesy jako je výroba těžších prvků v nitru hvězd a jejich následné rozptylování v mezihvězdném prostředí, které se děje díky výbuchům supernov. Model tedy vlastně zahrnuje jakousi galaktickou chemii.

Základní vlastností modelu je ale věrné postižení parametrů populace galaxií v současné době, a to dokonce bez ohledu na stupeň zvětšení. Realističnost simulace neutrpěla ani při větším přiblížení, při sledování segmentů o rozměru zhruba 1000 světelných let.

Galaxie existují ve třech základních typech: eliptické, spirální a nepravidelné|foto: Illustris Collaboration

Model Illustris umí jako první v historii nasimulovat i formování spirálních a eliptických galaxií, vznik hvězd a roli zárodečných oblaků mezihvězdného plynu. Přesto má model ještě jisté nedokonalosti, např. malé galaxie se v něm formují dříve, než tomu bylo ve skutečnosti.

Simulace, provedená pomocí modelu Illustris, začala zhruba v čase 12 milionů let po Velkém třesku. Prvotní vesmírná “polévka”, sestávající z mírně nehomogenních oblaků vodíku, hélia a všeprostupujících struktur temné hmoty, se začala vyvíjet směrem k dnešním strukturám a objektům pomocí řady současně probíhajících procesů, ať už gravitačních, hydrodynamických či procesů zářivé povahy. Bylo nutné numericky současně počítat vývoj asi 12 miliard hmotných elementů či prostorových buněk, a to vedlo k podobnému počtu nezávislých proměnných. Výpočet potřeboval 25 Terabytů (TB) operační paměti a vyprodukoval asi 200 TB dat.

Vedoucí týmu Mark Vogelsberger prohlásil, že model uspokojivě vysvětlil a nasimuloval, jak se z původního stavu nedlouho po Velkém třesku vyvinuly dnešní galaxie, a to včetně svých velikostí a tvarů. Celkově tak model Illustris ověřil platnost souboru fyzikálních pravidel a zákonitostí ve vesmíru, kterému se říká Standardní kosmologický model.

Musíme si ale uvědomit, že simulovaná krychle o rozměru hrany 350 milionů světelných let reprezentuje ve skutečnosti asi jen jednu miliontinu viditelné části vesmíru. Průměr viditelné části vesmíru je totiž nejméně 100x větší. A rozdíl ve dvou řádech v délce znamená rozdíl v šesti řádech, pokud jde o objem.

Zdroje: Illustris, Nanowerk, Nature 1, Nature 2, ScienceDaily, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, Phys.Org 1, Phys.Org 2