Чтобы разгадать тайны мироздания, на суперкомпьютере запустили виртуальную Вселенную
Ученые построили в суперкомпьютере виртуальную Вселенную — самую большую на сегодня ее симуляцию с ранних времен до наших дней. Она подтвердила, что Стандартная космологическая модель успешно объясняет наблюдаемый рост галактик, который казался слишком быстрым.
Международный проект COLIBRE стал результатом 10 лет напряженного труда исследователей из разных заведений. Статья о нем вышла в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.
В отличие от более ранних симуляций, «виртуальные вселенные» COLIBRE моделируют холодный газ и космическую пыль внутри галактик. Благодаря учету этих компонентов и значительным вычислительным мощностям, симуляции успешно воспроизводят реальные галактики — как в современной Вселенной, так и в ранней, какой ее видит телескоп «Джеймс Уэбб» (JWST).
Для упрощения моделирования температура газа в прошлых симуляциях была искусственно ограничена снизу примерно 5500 °C. Но звезды рождаются именно в холодном газе. Кроме того, COLIBRE симулирует космическую пыль в гигантском объеме 400 cMpc, по масштабам сопоставимом с крупнейшими обзорами неба.
Стремительное развитие алгоритмов и суперкомпьютеров позволило включить в виртуальную Вселенную в 20 раз больше расчетных элементов, что ее довело детализацию до 136 «мегапикселей».
«Некоторые первые результаты JWST казались противоречащими Стандартной космологической модели. COLIBRE показывает: если ключевые физические процессы описаны более реалистично, модель согласуется с тем, что мы видим», — говорит Евгений Чайкин из Лейденского университета, ведущий автор нескольких сопутствующих статей по COLIBRE и соавтор основного исследования.
Тем не менее, объяснено еще не все. Например, COLIBRE не предсказывает «маленькие красные точки», которые могут быть зародышами сверхмассивных черных дыр, потому что они уже заложены в модель. Чтобы симулировать их развитие, нужно еще больше увеличивать разрешение.
Симуляции запускались на суперкомпьютере COSMA8 в Институте вычислительной космологии Даремского университета с использованием кода SWIFT. Крупнейшая симуляция потребовала 72 миллиона часов процессорного времени.
«Мы берем и просто решаем физические уравнения для расширяющейся Вселенной — и на выходе получаем ее подробный виртуальный аналог», — доволен профессор Карлос Френк из Даремского университета.
На анализ уже полученных данных уйдут годы. Большинство симуляций были завершены в 2025 году, а некоторые, с самым высоким разрешением, все еще выполняются и, как ожидается, закончатся осенью.
Результаты симуляций есть и в формате интерактивных карт, а также озвученных видео. Причем аудиодорожка не просто добавлена, чтобы не было скучно смотреть, а несет дополнительную физическую информацию.
«Мы радуемся не только научным результатам, но и растущему разнообразию способов их исследования. Эти инструменты дают новые представления, делают нашу область доступнее и помогают буквально ощутить, как растут и эволюционируют галактики», — сказал Джеймс Трейфорд из Портсмутского университета, который руководил разработкой модели пыли в COLIBRE и озвучиванием визуализаций.