Obliczenia komputerowe na niespotykaną skalę pozwoliły naukowcom odpowiedzieć na pytanie, jak w Wielkim Wybuchu narodziły się galaktyki

Dla laika wygląda jak wygaszacz komputerowego ekranu, ale dla specjalisty to 18 symulacji o niespotykanej dotąd dokładności.

Międzynarodowy zespół naukowców zaangażowany w projekt IllustrisTNG stworzył model nazwany TNG50.

Prześledzono w nim ponad 20 miliardów cząstek reprezentujących ciemną materię, gazy, gwiazdy i supermasywne czarne dziury w okresie 13,8 miliarda lat. Wirtualny wszechświat TNG50 ma szerokość około 230 milionów lat świetlnych, zawiera dziesiątki tysięcy rozwijających się galaktyk, a poziomy ich szczegółowości i rozdzielczości są bezprecedensowe.

Taka dokładność wymagała supermocy obliczeniowej. Główna symulacja zaangażowała 16 tysięcy rdzeni procesora superkomputera Hazel Hen w Stuttgarcie w Niemczech, pracujących nieprzerwanie przez ponad rok (systemowi z jednym procesorem obliczenie zajęłoby 15 tysięcy lat). To nie wszystko.

Celem budowy tak dużego i ambitnego pakietu symulacyjnego jest rzucenie światła na procesy fizyczne, które napędzają powstawanie galaktyk, zrozumienie, kiedy, dlaczego i jak galaktyki ewoluują w struktury obserwowane na nocnym niebie

Do pobocznych obliczeń i symulacji zaangażowano jeszcze inne superkomputery, m.in. Draco i Cobra działające w centrum komputerowym w Instytucie Maxa Plancka w Garching pod Monachium, do tego system Magna w Heidelbergu, Oddysey2 na Uniwersytecie Harvarda i superkomputer Stampede w Centrum Zawansowanych Obliczeń w Teksasie. Po co aż taka moc? Po co zużywać tyle energii? Żeby zrozumieć Wszechświat.

„Celem budowy tak dużego i ambitnego pakietu symulacyjnego jest rzucenie światła na procesy fizyczne, które napędzają powstawanie galaktyk, zrozumienie, kiedy, dlaczego i jak galaktyki ewoluują w struktury obserwowane na nocnym niebie, a także dokonanie prognoz dla obecnych i przyszłych programów obserwacyjnych w celu poszerzenia i pogłębienia naszego zrozumienia formowania się galaktyk” – wyjaśniają badacze.

Skala modelu daje jasny obraz tego, jak wygląda wewnętrzna struktura układów podczas ich tworzenia i ewolucji. Pozwoliła naukowcom na wgląd w przeszłość świata i ujawniła, jak powstały różne dziwnie ukształtowane galaktyki oraz jak gwiezdne eksplozje i czarne dziury wywołały tę galaktyczną ewolucję. Odkryli, że galaktyki w kształcie dysku naturalnie pojawiły się w ich symulacji i wytworzyły struktury wewnętrzne, w tym spiralne ramiona, wybrzuszenia i pręty, wystające z ich centralnych supermasywnych czarnych dziur.

Kiedy porównali generowany komputerowo wszechświat z istniejącymi obserwacjami stwierdzili, że wirtualna populacja galaktyk jest jakościowo zgodna z rzeczywistością. Wyniki badań opublikowano w internecie, znajdą się też w grudniu w papierowej wersji czasopisma Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Zespół planuje już kolejny, jeszcze bardziej szczegółowy projekt oraz publikację wszystkich danych, aby astronomowie z całego świata mogli równolegle badać ich wirtualny kosmos.

Skip to content