Моделирование охватывает куб пространства с ребром в 9,1 млрд световых лет и отслеживает одновременно темную материю, барионные частицы и нейтрино.
Международная группа астрономов представила результаты крупнейшего космологического компьютерного моделирования. Проект «FLAMINGO» или «полное гидромасштабное моделирование структур с картированием всего неба для интерпретации наблюдений следующего поколения» рассчитывает эволюцию всех компонентов Вселенной — обычной материи, темной материи и темной энергии — в соответствии с законами физики.
Исследователи построили модель, которая с помощью суперкомпьютера воспроизводит крупномасштабные компоненты Вселенной в разных космических объемах и с разным разрешением. В самой крупной используется 300 млрд элементов, каждый из которых представляет частицу с массой небольшой галактики, в кубе с краями в 9,1 млрд световых лет.
Пример результатов моделирования. Яркость фонового изображения показывает распределение темной материи, а цвет кодирует распределение нейтрино. Увеличенные изображения массивного скопления галактик показывают температуру газа, плотность темной материи и рентгеновское излучение. Изображение: Josh Borrow, the FLAMINGO team and the Virgo Consortium
Традиционно в космологии используют компьютерное моделирование холодной темной материи для сравнения с наблюдениями. Это помогает оценить точность теоретических положений и расчета космологических постоянных, объясняют авторы исследования. Хотя темная материя доминирует во Вселенной, она практически не участвует в электромагнитном взаимодействии и при ее моделировании необходимо учитывать только гравитацию.
Но точность современных измерений космологических постоянных достигла таких значений, что влиянием барионной материи на крупные структуры Вселенной нельзя пренебрегать. Моделирование, которое отслеживает обычную материю, гораздо сложнее и требует большей вычислительной мощности.
Это связано с тем, что обычная материя ощущает не только гравитацию, но и давление газа, что может привести к выбрасыванию материи из галактик активными черными дырами и сверхновыми далеко в межгалактическое пространство. Сила этих межгалактических ветров зависит от взрывов в межзвездной среде и ее очень трудно предсказать. Кроме того, важен вклад нейтрино — крошечных субатомных частиц.
Чтобы сделать моделирование возможным, исследователи разработали программу, которая эффективно распределяет вычислительную работу между 30 тыс. процессоров суперкомпьютера. Моделирование FLAMINGO открывает виртуальное окно во Вселенную. Используя машинное обучение, астрономы смогут строить прогнозы для виртуальных моделей. Сравнивая их с крупномасштабными наблюдениями, можно уточнить значения космологических параметров.
Читать далее:
«Адская» планета недалеко от Земли подает загадочные сигналы: ученые придумали, как их расшифровать
Посмотрите, как по-разному нашего соседа видят «Хаббл» и «Уэбб»
Странную утечку газа нашли в Балтийском море: она поставила ученых в тупик
На обложке: моделирование крупномасштабной структуры Вселенной. Изображение: FLAMINGO