Цифровой генезис: ученые создали крупнейшую в истории модель ранней Вселенной

Американские астрофизики представили Lumina — наиболее масштабную и детализированную компьютерную симуляцию ранней Вселенной, призванную пролить свет на рождение первых звезд и галактик после Большого взрыва.

О результатах научной работы со ссылкой на публикацию в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) информирует сетевое издание RTVI. Разработка призвана сопоставить накопленные теоретические концепции с данными, поступающими от космического телескопа имени Джеймса Уэбба и недавно выведенного на орбиту аппарата «Нэнси Грейс Роман». Руководитель исследовательского проекта из Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики так прокомментировал достигнутый рубеж: «Благодаря телескопу Джеймса Уэбба ранняя Вселенная стала захватывающим новым рубежом в астрофизике, — сказал ведущий автор работы Оливер Зиер, научный сотрудник Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики. — Чтобы понять, что мы видим с помощью этого телескопа, нам необходимо перевести наши теории в подробные предсказания. После нескольких лет работы, полных взлетов и падений, невероятно приятно видеть результаты моделирования и наблюдать, как наши предсказания оживают на видео».

Технические масштабы и вычислительная мощь Frontier

Lumina представляет собой рекордную по охвату симуляцию в области радиационной гидродинамики, воссоздающую физику первых двух миллиардов лет существования космоса. Главные характеристики и параметры проекта включают:

• Масштаб пространства: моделирование охватывает куб с ребром в полтора миллиона световых лет, что в 100 раз превосходит размеры всех предшествующих аналогичных моделей;
• Моделируемые компоненты: детальный расчет динамики света, газа, а также барионного (обычного) вещества и темной материи;
• Разрешающая способность: согласно авторам исследования, «вычисления задействуют 2×60003 отдельных элементов, что соответствует массе частиц темной материи в 1,9 ×107 масс Солнца и барионной материи в 3,6 ×16 масс Солнца»;
• Вычислительная база: расчеты производились на суперкомпьютере Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж в штате Теннесси с привлечением более 15 000 графических процессоров.

Проверка космологических законов и пересмотр теорий

Мощность аппаратного комплекса позволила астрофизикам одновременно обозреть гигантский сектор раннего космоса и сохранить предельную детализацию, необходимую для наблюдения за возникновением черных дыр и структур протогалактик. Значимость полученного массива данных подчеркнул соавтор из Техасского университета в Далласе: «Нам невероятно повезло создавать такие симуляции, как Lumina, — сказал Аарон Смит, доцент кафедры физики Техасского университета в Далласе и один из авторов статьи. — Впервые мы можем проследить за тем, как водород и гелий превращались в свою современную форму в таком огромном объеме Вселенной, при этом сохраняя возможность наблюдать за галактиками и другими яркими объектами, которые управляли этим превращением».

Сравнение реальных наблюдений современных телескопов с предсказаниями Lumina предоставит ученым возможность верифицировать предполагаемые фундаментальные законы или переписать устоявшиеся космологические теории, объясняющие эволюцию мира с момента Большого взрыва.

Читать далее