Najopsežnija simulacija svemira koja je dosad napravljena mogla bi nam pružiti ključne odgovore o tome kako je sve počelo i kako smo se našli ovdje gdje jesmo.
Zamislite ovu situaciju: ljudska vrsta, poput mrava na golemoj planeti, juri kroz svemir, kruži oko zvijezde, koja kruži oko supermasivne crne rupe, sve unutar galaktičkog skupa. No, postavlja se pitanje – kako je naša planeta nastala? Kako je nastala zvijezda koja nam daje svjetlost? Što je s crnom rupom koja moćno vlada centrom naše galaksije? I kako su se sve te galaksije našle upravo tamo gdje jesu?
Svemir, s neshvatljivo ogromnim prostranstvima, razvio se iz stanja koje je bilo bliže ništavilu nego ičemu što možemo zamisliti, a sve se to dogodilo prije milijardi godina. Ova misterija o porijeklu i razvoju svemira jedno je od najintrigantnijih pitanja koja su se ikad postavila.
U potrazi za odgovorima na ova pitanja, astronomi su pokrenuli dosad najambiciozniji projekt svoje vrste: računalnu simulaciju cijelog poznatog svemira. Projekt nosi naziv FLAMINGO simulacije, što je skraćenica za “Full-hydro Large-scale structure simulations with All-sky Mapping for the Interpretation of Next Generation Observations”. Ove sofisticirane simulacije izvode se na moćnom superkompjuteru u DiRAC istraživačkom centru u Ujedinjenom Kraljevstvu.
Simulacije FLAMINGO su nevjerojatno zahtjevne i složene. Cilj im je simulirati evoluciju svih poznatih elemenata svemira, od poznate materije poput zvijezda i galaksija do tajanstvenih pojava kao što su tamna materija, koja stvara dodatnu gravitacijsku silu, i tamna energija, koja igra ključnu ulogu u ubrzavanju širenja svemira.
Da bi se shvatila ogromnost ovog projekta, treba napomenuti da najopsežnija simulacija uključuje čak 300 milijardi čestica koje imaju masu sličnu maloj galaksiji. Sve to smješteno je unutar ogromnog kubičnog prostora čiji su rubovi dugački čak 10 milijardi svjetlosnih godina.
“Kako bismo izveli ovu složenu simulaciju, naš tim je razvio inovativni softverski kod pod imenom SWIFT. Ovaj kod je dizajniran da optimizirano rasporedi računalne zadatke preko impresivnih 30 tisuća procesorskih jezgri,” ističe Matthieu Schaller, ugledni astronom sa Sveučilišta u Leidenu.
Naši početni nalazi vezani za ovu simulaciju podijeljeni su u tri znanstvena rada. Prvi se fokusira na metodologiju koju smo koristili, drugi detaljno predstavlja same simulacije, dok treći rad nudi uvide u kompleksnu strukturu svemira kroz prizmu hladne tamne materije.
Treći rad posebno pokušava razjasniti fenomen poznat kao sigma 8 ili S8 napetost. Ova napetost proizlazi iz mjerenja svemira temeljenog na kozmičkoj mikrovalnoj pozadini – to je suptilna mikrovalna radijacija koja potječe iz vremena neposredno nakon Velikog praska. Prema analizi ove radijacije, činilo se da bi svemir u ovom trenutku trebao biti čvršće zgusnut.
S obzirom na izazov koji ova S8 napetost postavlja pred teorijom hladne tamne materije i predviđenim zgusnutostima, istraživači su se okrenuli projektu FLAMINGO u nadi da će on možda pružiti ključne odgovore.
Iako još nismo uspjeli potpuno razumjeti i riješiti ovu napetost – što bi, bez sumnje, predstavljalo revolucionarni trenutak u kozmologiji – dobili smo dragocjene informacije o simulacijama. Uvidjeli smo da su za precizna predviđanja neophodni i obična materija i neutrini.
“Unatoč dominaciji tamne materije u gravitacijskim interakcijama, ne smijemo zanemariti doprinos obične materije,” naglašava Joop Schaye, voditelj istraživačkog tima i astronom sa Sveučilišta u Leidenu. “Upravo taj doprinos može biti ključan za razumijevanje razlika između teoretskih modela i stvarnih opažanja.”
Simulacije koje uključuju običnu materiju posebno su izazovne. Dok tamna materija s svemirom interagira primarno gravitacijski, obična materija interagira na mnogo složenije načine, uključujući pritisak poput radijacijskog pritiska te galaktičke vjetrove koji su kompleksni i izazovni za modeliranje. Ove interakcije zahtijevaju znatno više računalne snage, pa će odgovori o S8 napetosti putem FLAMINGA možda morati pričekati.
No, naš tim je proveo niz simulacija prateći formaciju svemira uzimajući u obzir tamnu materiju, običnu materiju i neutrine, prilagođavajući parametre kako bi se vidjelo kako oni utječu na krajnje rezultate.
“Da bismo kalibrirali učinak galaktičkih vjetrova, koristili smo metode strojnog učenja, uspoređujući rezultate različitih simulacija s opaženim karakteristikama galaksija i raspodjelom plina unutar galaktičkih skupina,” objašnjava Roi Kugel, također astronom sa Sveučilišta u Leidenu.
Podaci iz projekta FLAMINGO još uvijek nisu javno dostupni zbog njihove ogromne veličine koja se mjeri u petabajtima. Zainteresirane strane pozivamo da upute formalni upit glavnom autoru istraživanja.
