2014.05.09. - El­ké­szült az el­ső va­ló­ság­hű vir­tu­á­lis uni­ver­zum

Min­den ed­di­gi­nél pon­to­sabb hid­ro­di­na­mi­kai szá­mí­tá­sok­kal ame­ri­kai csil­la­gá­szok­nak si­ke­rült szi­mu­lál­ni az uni­ver­zum egy 350 mil­lió fény­év ol­dal­hosszú­sá­gú koc­ká­já­nak 13 mil­li­árd éves fej­lő­dé­sét.

Az uni­ver­zum szer­ke­ze­ti ele­me­i­nek ki­ala­ku­lá­sát vizs­gá­ló ko­ráb­bi ku­ta­tá­sok­nak nagy­já­ból si­ke­rült re­pro­du­kál­ni­uk a ga­la­xi­sok "koz­mi­kus há­ló­ját", nem tud­tak azon­ban szá­mot ad­ni a ga­la­xi­sok ve­gyes (el­lip­ti­kus és spi­rá­lis) po­pu­lá­ci­ó­já­ról, egy­részt a kor­lá­to­zott szá­mí­tá­si tel­je­sít­mény és a nu­me­ri­kus pon­tat­lan­sá­gok, más­részt a mö­göt­tes fi­zi­kai mo­dell hi­á­nyos­sá­gai mi­att. Nem tud­ták to­váb­bá le­kö­vet­ni az uni­ver­zum egy ki­csiny, rep­re­zen­ta­tív ré­szé­ben a gáz és a csil­la­gok fej­lő­dé­sét (csil­lag­ke­let­ke­zés, szu­per­nó­va-rob­ba­ná­sok, szu­per­nagy tö­me­gű fe­ke­te lyu­kak, stb.) a je­len­le­gi epo­chá­nál. Mark Vog­els­ber­ger (MIT/Har­vard-Smith­so­ni­an Cen­ter for Ast­rophy­sics) és mun­ka­tár­sai most meg­je­lent ta­nul­má­nyuk­ban olyan szu­per­szá­mí­tó­gé­pes szi­mu­lá­ci­ó­ról szá­mol­tak be, mely­ben si­ke­rült az uni­ver­zum egy 106,5 Mpc (kb. 350 mil­lió fény­év) él­hosszú­sá­gú koc­ka ala­kú ré­szé­nek fej­lő­dé­sét 13 mil­li­árd éven ke­resz­tül nyo­mon kö­vet­ni. A tér­rész ele­gen­dő­en nagy volt ah­hoz, hogy sta­tisz­ti­ka­i­lag re­le­váns mennyi­sé­gű spi­rá­lis és el­lip­ti­kus ga­la­xis ala­kul­jon ki ben­ne, lét­re­hoz­va a meg­fi­gyel­he­tő min­tá­za­to­kat is, de si­ke­rült re­pro­du­kál­ni a hid­ro­gén nagy lép­té­kű jel­lem­ző­it, kis ská­lá­kon pe­dig a ga­la­xi­sok hid­ro­gén- és fém­tar­tal­ma is va­ló­ság­nak meg­fe­le­lő­en adó­dott.

A Vog­els­ber­ger ál­tal ve­ze­tett ku­ta­tó­cso­port, mely­nek az MIT és a Har­vard-Smith­so­ni­an Cen­ter for Ast­rophy­sics ku­ta­tói mel­lett töb­bek kö­zött tag­jai vol­tak a Hei­del­berg Ins­ti­tu­te for The­o­re­ti­cal Stu­di­es mun­ka­tár­sai is, az ál­ta­luk öt éven ke­resz­tül fej­lesz­tett "Il­lustris" ne­vű szoft­vert hasz­nál­ták a szi­mu­lá­ci­ó­hoz. A vizs­gált rep­re­zen­táns tér­részt, amely nor­mál és sö­tét anya­got is tar­tal­ma­zott, 12 mil­li­árd "pi­xel­re" (ele­mi cel­lá­ra) osz­tot­ták. A szi­mu­lá­ció 8 ezer CPU-n há­rom hó­na­pig fu­tott. Ha ezt egy át­la­gos asz­ta­li szá­mí­tó­gép­pel kel­lett vol­na vég­re­haj­ta­ni, a fut­ta­tás több mint 2 ezer évig tar­tott vol­na. A nu­me­ri­kus szi­mu­lá­ci­ót az Ős­rob­ba­nás után 12 mil­lió év­vel in­dí­tot­ták, és mi­re a je­len­hez ér­tek, a ku­ta­tók több mint 41 ezer ga­la­xist ve­het­tek szám­ba a vizs­gált tér­rész­ben. Na­gyon fon­tos, hogy az Il­lustris a spi­rá­lis és az el­lip­ti­kus ga­la­xi­so­kat a va­ló­ság­nak meg­fe­le­lő arány­ban ál­lí­tot­ta elő, de re­pro­du­kál­ta a nagy lép­té­kű szer­ke­ze­te­ket, a ga­la­xis­hal­ma­zo­kat, a koz­mi­kus há­ló bu­bo­rék­ja­it és az űrö­ket, kis ská­lá­kon pe­dig he­lye­sen ad­ta vissza az egye­di ga­la­xi­sok ké­mi­ai össze­té­te­lét.

Az Il­lustris szi­mu­lá­ci­ó­já­ból szár­ma­zó pil­la­nat­kép, mely­nek kö­zép­pont­já­ban a leg­na­gyobb tö­me­gű ga­la­xis­hal­maz fog­lal he­lyet. A kék és bí­bor fila­men­tek a sö­tét anya­got jel­zik, ami a nor­mál anyag­gal gra­vi­tá­ci­ó­san köl­csön­hat­va se­gí­ti a ga­la­xi­sok és a ga­la­xis­hal­ma­zok ki­ala­ku­lá­sát. A vö­rös, na­rancs­sár­ga és fe­hér bu­bo­ré­kok azok a te­rü­le­tek, ahol a szu­per­nó­va-rob­ba­ná­sok és a szu­per­nagy tö­me­gű fe­ke­te lyu­kak ki­áram­lá­sai ki­fe­le fúj­ják a gázt.
[Il­lustris Col­la­bo­ra­ti­on]

Mi­vel a fény ter­je­dé­si se­bes­sé­ge vé­ges, mi­nél messzebb né­zünk az uni­ver­zum­ba, an­nál messzebb te­kin­tünk vissza az idő­ben is. Egy 1 mil­li­árd fény­év tá­vol­ság­ban lé­vő ga­la­xist ab­ban az ál­la­po­tá­ban lá­tunk, ami­lyen 1 mil­li­árd év­vel ez­előtt volt. A Hubb­le-űr­táv­cső­höz ha­son­ló te­lesz­kó­pok le­he­tő­vé te­szik, hogy na­gyon nagy tá­vol­sá­gok­ban lé­vő ob­jek­tu­mo­kat vizs­gál­va szin­te a kez­de­te­kig pil­lant­sunk vissza, nem le­het azon­ban az egye­di ga­la­xi­sok fej­lő­dé­sét ta­nul­má­nyoz­ni ve­lük. A ku­ta­tó­cso­port egyik tag­ja, Shy Ge­nel (CfA) sze­rint az Il­lustris - mint egy idő­gép - er­re a prob­lé­má­ra is kí­nál meg­ol­dást, mi­vel a szi­mu­lá­ció köz­ben meg le­het áll­ni és egye­di ga­la­xi­so­kat vagy ga­la­xis­hal­ma­zo­kat kü­lön is le­het vizs­gál­ni, meg­néz­ve, hogy va­ló­já­ban mi is tör­té­nik ben­nük.

Az ered­mé­nye­ket rész­le­te­ző szak­cikk a Na­tu­re ma­ga­zin 2014. má­jus 8-i szá­má­ban je­lent meg.

For­rás:

• Sci­en­ce­Da­ily 2014.05.07.