Астрономы провели крупнейшее на сегодняшний день космологическое компьютерное моделирование
Моделирование FLAMINGO, являющееся результатом международного сотрудничества, позволяет детально рассмотреть космическую эволюцию с момента Большого взрыва. Благодаря включению в модель таких элементов, как нейтрино, она отличается от предыдущих исследований, в которых наряду с обычной материей учитывалась только темная материя. Некоторые явления, наблюдаемые в ходе моделирования, могут свидетельствовать о необходимости создания новой физики.
В настоящее время, когда понимание Вселенной и ее эволюции остается одной из главных задач науки, проект FLAMINGO является важным шагом вперед. Эта международная инициатива привела к созданию крупнейшей и наиболее полной на сегодняшний день космологической симуляции.
Прослеживая эволюцию Вселенной от Большого взрыва до наших дней, FLAMINGO открывает беспрецедентную перспективу формирования и распределения галактик, темной материи и нейтрино. Этот проект, объединяющий компьютерную мощь и достижения теоретической физики, призван разрешить некоторые из самых сложных загадок современной космологии.
Проект FLAMINGO
Под руководством Йоопа Шайе, научного сотрудника Лейденской обсерватории (Нидерланды), был запущен амбициозный проект FLAMINGO, целью которого является моделирование динамической эволюции Вселенной. Эта симуляция охватывает колоссальный объем, эквивалентный кубу со стороной 9,1 млрд. световых лет.
В этом виртуальном пространстве исследователи проанализировали глобальное движение и гравитационное взаимодействие 300 млрд. частиц. Масса каждой из этих частиц в моделировании аналогична массе типичной карликовой галактики, что позволяет детально представить, как эти образования могут группироваться и взаимодействовать в реальной Вселенной.
В журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society опубликованы три статьи: одна описывает методы, другая представляет результаты моделирования, а третья рассматривает степень воспроизведения крупномасштабной структуры Вселенной.
Благодаря интеграции обычной материи, темной материи и нейтрино это моделирование продемонстрировало повышенную способность к получению точных предсказаний. FLAMINGO также позиционируется как инструмент, необходимый для будущего наблюдательной астрономии.
С появлением телескопов нового поколения, таких как космический телескоп Euclid Европейского космического агентства, объем собираемых данных становится беспрецедентно большим. Благодаря комплексному подходу FLAMINGO будет играть важную роль в интерпретации этих данных, позволяя исследователям сравнивать свои наблюдения с надежными и точными теоретическими моделями.
Нерешенные проблемы современной космологии
Зачем нужно такое моделирование? Важно понимать, что космология, несмотря на все ее достижения, по-прежнему сталкивается с рядом серьезных проблем. Одна из них — противоречие, связанное с существующей скоростью расширения Вселенной. Современная космология базируется на теории, согласно которой Вселенная характеризуется определенными числами, называемыми "космологическими параметрами". В самом элементарном виде шесть из этих параметров определяют фундаментальные свойства нашей Вселенной. Эти параметры могут быть измерены с высокой точностью с помощью различных методов.
Один из наиболее распространенных методов основан на использовании космического микроволнового фона (CMB) - остаточного шума, исходящего от ранней Вселенной. Однако возникло расхождение между значениями, полученными этим методом, и значениями, полученными с помощью других методов, например, наблюдения за тем, как свет искривляется под действием гравитации галактик, — явление, известное как гравитационное линзирование. Эти несоответствия, часто называемые "противоречиями", могут поставить под сомнение правильность существующей стандартной модели космологии. Поэтому такие инструменты, как FLAMINGO, играют решающую роль в разгадке этих загадок.
Технологии на службе космологии
Моделирование FLAMINGO потребовало исключительных технологических ресурсов. Группа использовала DiRAC-COSMA8, один из самых мощных суперкомпьютеров в мире, расположенный в Даремском университете. Более 50 млн. часов вычислений на 30 000 процессорах — таков масштаб этой работы, соизмеримый с ее сложностью.
Но FLAMINGO не ограничился тем, что пошел по стопам своих предшественников. Если в большинстве предыдущих симуляций основное внимание уделялось темной материи, то новый подход расширил спектр, включив в него нейтрино. Гвадалупе Каньяс Эррера, эксперт по космологии из ESA, в своем пресс-релизе подчеркивает важность такого целостного подхода. Он необходим для точного понимания распределения материи на малых масштабах.
Кроме того, большой объем (виртуальных) данных создает возможности для новых теоретических открытий и позволяет опробовать новые методы анализа данных, включая машинное обучение.
Исследуя то, как материя движется и сжимается во Вселенной под влиянием гравитационных сил и других явлений, команда попыталась определить причину несоответствий в наших моделях. Однако хотя эффекты барионной (обычной) материи влияют на космическую структуру в больших масштабах, их, по-видимому, недостаточно, чтобы снять это напряжение. Поэтому результаты FLAMINGO говорят о том, что нам, возможно, нужна новая физика.
ВИДЕО: эволюция самого массивного скопления галактик в моделировании с высоким разрешением.