Astronomët kryejnë simulimin kompjuterik më të madh kozmologjik ndonjëherë

Një ekip ndërkombëtar astronomësh ka kryer atë që besohet të jetë simulimi më i madh kompjuterik kozmologjik ndonjëherë, duke gjurmuar jo vetëm materien e errët, por edhe të zakonshme (si planetët, yjet dhe galaktikat), duke na dhënë një vështrim se si mund të ketë evoluar universi ynë.

Simulimet FLAMINGO llogaritin evolucionin e të gjithë përbërësve të universit – materies së zakonshme, materies së errët dhe energjisë së errët – sipas ligjeve të fizikës. Ndërsa simulimi përparon, shfaqen galaktika virtuale dhe grupime galaktikash. Tre dokumente janë botuar në Njoftimet Mujore të Shoqërisë Mbretërore Astronomike : njëra përshkruan metodat, tjetra paraqet simulimet dhe e treta shqyrton se sa mirë riprodhojnë simulimet strukturën në shkallë të gjerë të universit.

Objekte të tilla si Teleskopi Hapësinor Euklidi i lëshuar së fundmi nga Agjencia Evropiane e Hapësirës (ESA) dhe JWST e NASA-s mbledhin sasi mbresëlënëse të dhënash mbi galaktikat, kuasarët dhe yjet. Simulimet si FLAMINGO luajnë një rol kyç në interpretimin shkencor të të dhënave duke lidhur parashikimet nga teoritë e universit tonë me të dhënat e vëzhguara.

Sipas teorisë, vetitë e gjithë universit tonë përcaktohen nga disa numra të quajtur ‘ parametra kozmologjik ‘ (gjashtë prej tyre në versionin më të thjeshtë të teorisë). Vlerat e këtyre parametrave mund të maten me shumë saktësi në mënyra të ndryshme.

Një nga këto metoda mbështetet në vetitë e sfondit kozmik të mikrovalës (CMB), një shkëlqim i dobët sfondi i mbetur nga universi i hershëm. Megjithatë, këto vlera nuk përputhen me ato të matura nga teknika të tjera që mbështeten në mënyrën në të cilën forca gravitacionale e galaktikave përkul dritën (lenting). Këto ‘tensione’ mund të sinjalizojnë rënien e modelit standard të kozmologjisë – modelit të materies së errët të ftohtë.

Simulimet kompjuterike mund të jenë në gjendje të zbulojnë shkakun e këtyre tensioneve, sepse ato mund të informojnë shkencëtarët për paragjykimet e mundshme (gabimet sistematike) në matje. Nëse asnjë nga këto nuk rezulton e mjaftueshme për të shpjeguar tensionet, teoria do të jetë në telashe të vërteta.

Deri më tani, simulimet kompjuterike të përdorura për t’u krahasuar me vëzhgimet gjurmojnë vetëm lëndën e errët të ftohtë. “Megjithëse materia e errët dominon gravitetin, kontributi i materies së zakonshme nuk mund të neglizhohet më,” thotë udhëheqësi i kërkimit Joop Schaye (Universiteti Leiden), “pasi ai kontribut mund të jetë i ngjashëm me devijimet midis modeleve dhe vëzhgimeve.”

Rezultatet e para tregojnë se si neutrinot ashtu edhe materia e zakonshme janë thelbësore për të bërë parashikime të sakta, por nuk eliminojnë tensionet midis vëzhgimeve të ndryshme kozmologjike.

Simulimet që gjurmojnë gjithashtu lëndën e zakonshme, barionike (e njohur edhe si materia barionike ) janë shumë më sfiduese dhe kërkojnë shumë më tepër fuqi llogaritëse. Kjo është për shkak se materia e zakonshme – e cila përbën vetëm gjashtëmbëdhjetë për qind të të gjithë materies në univers – ndjen jo vetëm gravitetin, por edhe presionin e gazit, i cili mund të shkaktojë që materia të shpërthehet nga galaktikat nga vrimat e zeza aktive dhe supernova larg në hapësirën ndërgalaktike.

Fuqia e këtyre erërave ndërgalaktike varet nga shpërthimet në mjedisin ndëryjor dhe është shumë e vështirë të parashikohet. Për më tepër, kontributi i neutrinos, grimca nënatomike me masë shumë të vogël, por jo saktësisht të njohur, është gjithashtu i rëndësishëm, por lëvizja e tyre nuk është simuluar deri më tani.

Astronomët kanë përfunduar një seri simulimesh kompjuterike që gjurmojnë formimin e strukturës në lëndën e errët, lëndën e zakonshme dhe neutrinot. Ph.D. studenti Roi Kugel (Universiteti Leiden) shpjegon, “Efekti i erërave galaktike u kalibruar duke përdorur mësimin e makinerive, duke krahasuar parashikimet e shumë simulimeve të ndryshme të vëllimeve relativisht të vogla me masat e vëzhguara të galaktikave dhe shpërndarjen e gazit në grupimet e galaktikave. “

Studiuesit simuluan modelin që përshkruan më së miri vëzhgimet e kalibrimit me një superkompjuter në vëllime të ndryshme kozmike dhe me rezolucione të ndryshme. Përveç kësaj, ata ndryshuan parametrat e modelit, duke përfshirë forcën e erërave galaktike, masën e neutrinos dhe parametrat kozmologjikë në simulimet e vëllimeve pak më të vogla, por ende të mëdha.

Simulimi më i madh përdor 300 miliardë elementë me rezolucion (grimca me masën e një galaktike të vogël) në një vëllim kub me skaje prej dhjetë miliardë vite dritë. Ky besohet të jetë simulimi kompjuterik më i madh kozmologjik me materie të zakonshme që ka përfunduar ndonjëherë. Matthieu Schaller, nga Universiteti i Leiden, tha: “Për të bërë të mundur këtë simulim , ne zhvilluam një kod të ri, SWIFT, i cili shpërndan në mënyrë efikase punën llogaritëse mbi 30 mijë CPU.”

Simulimet FLAMINGO hapin një dritare të re virtuale në univers që do të ndihmojë në shfrytëzimin maksimal të vëzhgimeve kozmologjike. Përveç kësaj, sasia e madhe e të dhënave (virtuale) krijon mundësi për të bërë zbulime të reja teorike dhe për të testuar teknika të reja të analizës së të dhënave, duke përfshirë mësimin e makinerive.

Duke përdorur mësimin e makinerive , astronomët më pas mund të bëjnë parashikime për universe virtuale të rastësishme. Duke i krahasuar këto me vëzhgimet e strukturës në shkallë të gjerë, ata mund të masin vlerat e parametrave kozmologjikë. Për më tepër, ata mund të matin pasiguritë përkatëse duke krahasuar me vëzhgimet që kufizojnë efektin e erërave galaktike.