Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον ταχύτερο υπερυπολογιστή του κόσμου για να δείξουν το Σύμπαν όπως δεν το έχουμε ξαναδεί. Σε αυτό το εκπληκτικό video, επιστήμονες από το Εθνικό Εργαστήριο Argonne του Υπουργείου Ενέργειας των ΗΠΑ αποκαλύπτουν τη μεγαλύτερη προσομοίωση του Σύμπαντος σε υπολογιστή που έχει δημιουργηθεί ποτέ.
Η προσομοιωμένη περιοχή περιλαμβάνει το εκπληκτικό διάστημα των 311.296 κυβικών megaparsec. Μέσα από αυτήν, μπορείτε να παρακολουθήσετε την συνάντηση τεράστιων σμηνών γαλαξιών σε διάστημα δισεκατομμυρίων ετών. Ωστόσο, αυτή η συγκλονιστικά τεράστια θέα αποτελεί μόλις το 0,001% ολόκληρης της προσομοίωσης.
Ο επικεφαλής του προγράμματος Dr Salman Habib αναφέρει ότι τα αποτελέσματα αυτού του τεράστιου υπολογισμού θα επιτρέψουν στους επιστήμονες να διερευνήσουν την εξέλιξη του Σύμπαντος και τον ρόλο που παίζει η μυστηριώδης Σκοτεινή Ύλη.
Υπάρχουν δύο συστατικά στο Σύμπαν: η Σκοτεινή Ύλη – η οποία, απ’ όσο γνωρίζουμε, αλληλεπιδρά μόνο βαρυτικά – και η συμβατική ύλη, ή ατομική ύλη. Έτσι, αν θέλουμε να μάθουμε τι κάνει το Σύμπαν, πρέπει να προσομοιώσουμε και τα δύο αυτά πράγματα.
Όταν οι αστρονόμοι εξετάζουν μακρινούς γαλαξίες μέσω ενός ισχυρού τηλεσκοπίου όπως το διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, μπορούν να κοιτάξουν πίσω στο χρόνο, στις πρώτες ημέρες του Σύμπαντος. Ωστόσο, αυτές οι εικόνες μας δίνουν μόνο στιγμιότυπα για το πώς ήταν κάποτε το Σύμπαν. Για να αποκτήσουν μια αληθινή θεϊκή άποψη της δημιουργίας, οι αστρονόμοι πρέπει να δημιουργήσουν αυτό που ονομάζεται «υδροδυναμική προσομοίωση». Αντί να προσομοιώνουν απλώς την έλξη της βαρύτητας μεταξύ διαφορετικών κομματιών ύλης, οι υδροδυναμικές προσομοιώσεις προσεγγίζουν όσο το δυνατόν περισσότερο τις δυνάμεις που διαμορφώνουν την κοσμική εξέλιξη.
Ο Dr. Habib λέει ότι αυτό απαιτεί από τους επιστήμονες να προσομοιώσουν τη βαρύτητα καθώς και όλη την υπόλοιπη Φυσική, συμπεριλαμβανομένων των θερμών αερίων και του σχηματισμού των άστρων, των μαύρων τρυπών και των γαλαξιών. Ο αστροφυσικός «νεροχύτης της κουζίνας» για να το πούμε έτσι.
Το πρόβλημα είναι ότι αυτού του είδους οι προσομοιώσεις χρειάζονται τεράστια ποσά υπολογιστικής ισχύος για να δημιουργηθούν. Για να μπορέσουν να εκτελέσουν τις προσομοιώσεις, οι αστρονόμοι συνήθως έχουν αφήσει εκτός όλες τις άλλες δυνάμεις και παράγοντες που κάνουν τις υδροδυναμικές προσομοιώσεις τόσο χρήσιμες.
Ο Dr. Habib αναφέρει:
Για παράδειγμα, αν προσομοιάζαμε ένα μεγάλο κομμάτι του Σύμπαντος που παρακολουθείται από ένα από τα μεγάλα τηλεσκόπια, όπως το παρατηρητήριο Rubin στη Χιλή, μιλάμε για τεράστια κομμάτια χρόνου – δισεκατομμύρια χρόνια διαστολής. Μέχρι πρόσφατα, δεν μπορούσαμε καν να φανταστούμε ότι θα μπορούσαμε να κάνουμε μια τόσο μεγάλη προσομοίωση όπως αυτή, εκτός από την προσέγγιση μόνο με τη βαρύτητα.
Για να ξεπεράσουν αυτά τα προβλήματα, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν τον υπερυπολογιστή Frontier του Εθνικού Εργαστηρίου Oak Ridge. Ο Frontier είναι επί του παρόντος ο ισχυρότερος υπερυπολογιστής στον κόσμο και είναι ικανός να εκτελεί περισσότερους από ένα πεντάκις δισεκατομμύριο υπολογισμούς κάθε δευτερόλεπτο.
Ακόμη και με έναν τόσο γρήγορο υπολογιστή, η προσομοίωση του Σύμπαντος δεν είναι απλή και χρειάστηκε πάνω από μια δεκαετία για να βελτιώσουν και να αναβαθμίσουν οι επιστήμονες τον κώδικα προκειμένου να εκτελέσουν μια υδροδυναμική προσομοίωση αυτής της κλίμακας. Ωστόσο, νωρίτερα αυτό το μήνα, οι ερευνητές κατάφεραν να χρησιμοποιήσουν 9.000 από τους υπολογιστικούς κόμβους του Frontier για να προσομοιώσουν έναν όγκο του διαστελλόμενου Σύμπαντος με μέγεθος μεγαλύτερο από 31 δισεκατομμύρια κυβικά megaparsec. Πρόκειται για μια κλίμακα που συμβαδίζει με τους μεγαλύτερους αστρονομικούς χάρτες του Σύμπαντος που δημιουργούνται από τα ισχυρότερα τηλεσκόπια του κόσμου.
Είναι σημαντικό ότι η προσομοίωση αυτή περιλαμβάνει επίσης τις επιδράσεις της μυστηριώδους ουσίας που είναι γνωστή ως Σκοτεινή Ύλη. Η Σκοτεινή Ύλη είναι ένας θεωρητικός τύπος σωματιδίου που δεν αλληλεπιδρά με τα άτομα και τα υποατομικά σωματίδια που αποτελούν το υπόλοιπο Σύμπαν. Ο μόνος τρόπος με τον οποίο η Σκοτεινή Ύλη υποτίθεται ότι επηρεάζει το Σύμπαν γύρω της είναι η άσκηση βαρυτικής έλξης.
Οι επιστήμονες πρότειναν για πρώτη φορά ότι αυτή η παράξενη ουσία μπορεί να υπάρχει για να εξηγήσουν γιατί οι βαρυτικές δυνάμεις στο Σύμπαν φαίνεται να είναι ισχυρότερες από ό,τι θα έπρεπε να παράγει η μάζα όλων των γαλαξιών. Ωστόσο, δεδομένου ότι δεν μπορούμε να παρατηρήσουμε τη Σκοτεινή Ύλη με οποιονδήποτε τρόπο, προσομοιώσεις όπως αυτή αποτελούν το κλειδί για την κατανόηση του τρόπου με τον οποίο θα μπορούσε να έχει επηρεάσει την εξέλιξη του Σύμπαντος.