Για να βοηθήσουν τους αστρονόμους να κατανοήσουν όσα παρατηρούν ερευνητές του Κέντρου Αστροφυσικής Harvard & Smithsonian ανέπτυξαν το «Lumina» μία από τις μεγαλύτερες και λεπτομερέστερες προσομοιώσεις του πρώιμου Σύμπαντος που έχουν δημιουργηθεί ποτέ.
Το νέο μοντέλο το οποίο δημοσιεύτηκε στην επιθεώρηση «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» αναπαριστά τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούσαν η συνηθισμένη ύλη, η σκοτεινή ύλη και η ακτινοβολία κατά τα πρώτα 2 δισεκατομμύρια χρόνια του Σύμπαντος. Προσφέρει στους επιστήμονες ένα ισχυρό νέο εργαλείο για να ελέγξουν τις θεωρίες τους σχετικά με την εξέλιξη του Κόσμου μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, το μυστηριώδες φαινόμενο από το οποίο προέκυψε το Σύμπαν.
Συγκρίνοντας τις παρατηρήσεις από τα διαστημικά τηλεσκόπια James Webb και Nancy Roman και άλλα όργανα με τις προβλέψεις του Lumina οι αστρονόμοι μπορούν να διαπιστώσουν αν η κατανόησή τους για τους νόμους που διέπουν το Σύμπαν εξακολουθεί να είναι ακριβής ή αν νέες ανακαλύψεις ενδέχεται να απαιτούν την αναθεώρηση των υφιστάμενων θεωριών.
Εδώ και αιώνες οι αστρονόμοι παρατηρούν τον νυχτερινό ουρανό και αναπτύσσουν ολοένα πιο εξελιγμένα μοντέλα για να εξηγήσουν πώς σχηματίζονται τα άστρα, οι γαλαξίες και άλλες κοσμικές δομές. Σήμερα, οι προσομοιώσεις σε υπερυπολογιστές επιτρέπουν στους ερευνητές να μετατρέπουν αυτές τις θεωρίες σε λεπτομερείς προβλέψεις. Όταν οι παρατηρήσεις συμφωνούν με τις προβλέψεις, ενισχύεται η εμπιστοσύνη στις υπάρχουσες θεωρίες. Όταν δεν συμφωνούν δημιουργούνται ευκαιρίες για νέες ανακαλύψεις σχετικά με τον τρόπο λειτουργίας του Σύμπαντος.
«Με το James Webb το πρώιμο Σύμπαν έχει μετατραπεί σε ένα συναρπαστικό νέο πεδίο έρευνας στην αστροφυσική. Για να κατανοήσουμε όσα βλέπουμε με αυτό το τηλεσκόπιο, πρέπει να μεταφράσουμε τις θεωρίες μας σε λεπτομερείς προβλέψεις. Έπειτα από αρκετά χρόνια δουλειάς, με πολλές δυσκολίες αλλά και επιτυχίες, είναι απίστευτα ικανοποιητικό να βλέπουμε τα αποτελέσματα της προσομοίωσης και να παρακολουθούμε τις προβλέψεις μας να παίρνουν σάρκα και οστά μέσα από βίντεο» δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Όλιβερ Ζίερ, ερευνητής του ITC στο Κέντρο Αστροφυσικής Harvard & Smithsonian.
H μοντελοποίηση
Το Lumina αποτελεί τη μεγαλύτερη κοσμολογική προσομοίωση ακτινοβολίας και υδροδυναμικής που έχει δημιουργηθεί ποτέ. Αυτός ο τύπος προσομοίωσης μοντελοποιεί τον τρόπο με τον οποίο αλληλεπιδρούν τα θεμελιώδη συστατικά του Σύμπαντος, όπως το αέριο, η σκοτεινή ύλη και το φως για να σχηματίσουν άστρα και γαλαξίες.
Το Lumina παρακολουθεί τα πρώτα 2 δισεκατομμύρια χρόνια της κοσμικής ιστορίας καταγράφοντας την εμφάνιση των πρώτων γαλαξιών και τις αλλαγές που προκάλεσαν στις τεράστιες περιοχές αερίου που τους περιβάλλουν.
Η προσομοίωση καλύπτει όγκο Διαστήματος περισσότερο από 100 φορές μεγαλύτερο από εκείνον που μοντελοποιούσαν προηγούμενες αντίστοιχες προσομοιώσεις. Είναι επίσης η πρώτη που αποτυπώνει τον επανιονισμό του ηλίου καθώς αυτός εξελισσόταν επιτρέποντας παράλληλα στις επιπτώσεις του να επηρεάζουν άμεσα την εξέλιξη του Σύμπαντος μέσα στο μοντέλο.
Η προσομοίωση περιλαμβάνει μια περιοχή που αντιστοιχεί σε έναν κύβο με πλευρά περίπου 1,5 δισεκατομμυρίων ετών φωτός, μέγεθος συγκρίσιμο με την κλίμακα του Σύμπαντος που μπορούν να παρατηρούν οι αστρονόμοι με τα ισχυρότερα σημερινά τηλεσκόπια.
«Θεωρούμε τους εαυτούς μας απίστευτα τυχερούς που μπορούμε να δημιουργούμε προσομοιώσεις όπως το Lumina. Για πρώτη φορά, μπορούμε να παρακολουθήσουμε πώς τόσο το υδρογόνο όσο και το ήλιο μετασχηματίζονταν στη μορφή που έχουν σήμερα, σε έναν τόσο τεράστιο όγκο του Σύμπαντος, διατηρώντας ταυτόχρονα επαρκή ανάλυση ώστε να μελετήσουμε τους γαλαξίες και τα άλλα φωτεινά αντικείμενα που οδηγούσαν σε αυτή τη μεταμόρφωση», δήλωσε ο Άαρον Σμιθ, επίκουρος καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Τέξας στο Ντάλας και ένας από τους συγγραφείς της μελέτης.
Η υποδομή
Η δημιουργία του Lumina απαιτούσε περισσότερες από 15,000 μονάδες επεξεργασίας γραφικών (GPU) οι οποίες λειτουργούσαν στον Frontier, έναν από τους ταχύτερους υπερυπολογιστές στον κόσμο, που βρίσκεται στο Εθνικό Εργαστήριο Oak Ridge στο Τενεσί των ΗΠΑ.
Η τεράστια υπολογιστική ισχύς του επέτρεψε στους ερευνητές να μοντελοποιήσουν έναν πρωτοφανή όγκο του πρώιμου Σύμπαντος διατηρώντας παράλληλα το επίπεδο λεπτομέρειας που απαιτείται για τη μελέτη του σχηματισμού γαλαξιών, άστρων και μαύρων τρυπών.
Η ερευνητική ομάδα σχεδίασε το Lumina ως μια πλατφόρμα για τη δοκιμή νέων ιδεών σχετικά με τον σχηματισμό και την εξέλιξη του Σύμπαντος. Μελλοντικές μελέτες θα αξιοποιήσουν την προσομοίωση για να διερευνήσουν πώς κινούνται τα αέρια μεταξύ των γαλαξιών, πώς η ακτινοβολία από τη Μεγάλη Έκρηξη επηρέασε την κοσμική εξέλιξη και πώς αναπτύχθηκαν με την πάροδο του χρόνου περιοχές έντονου σχηματισμού άστρων.
Το Κέντρο Αστροφυσικής Harvard & Smithsonian αποτελεί συνεργασία μεταξύ του Πανεπιστημίου Χάρβαρντ και του Ινστιτούτου Smithsonian, με στόχο να θέτει και τελικά να απαντά στα σημαντικότερα αναπάντητα ερωτήματα της ανθρωπότητας σχετικά με τη φύση του Σύμπαντος. Η έδρα του βρίσκεται στο Κέιμπριτζ της Μασαχουσέτης ενώ διαθέτει ερευνητικές εγκαταστάσεις σε όλες τις Ηνωμένες Πολιτείες και σε διάφορα σημεία του κόσμου.
Naftemporiki.gr
