Međunarodni tim astronoma je proveo najopsežniju kozmološku računalnu simulaciju do sada, u kojoj su uzeli u obzir ne samo tamnu tvar, već i običnu materiju – poput planeta, zvijezda i galaksija. Ovaj poduhvat pruža nam novi uvid u moguće scenarije razvoja našeg svemira.
Projekt pod nazivom FLAMINGO odvijao se kroz simulacije koje su mapirale evoluciju svih ključnih sastavnica svemira: obične materije, tamne tvari i tamne energije, slijedeći pri dabei zakone fizike. Kroz vremenski razvoj simulacije, virtualne galaksije i klasteri galaksija počeli su se oblikovati i postajati vidljivi. Rezultati ovog monumentalnog istraživačkog projekta objavljeni su u tri radu u prestižnom časopisu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Prvi rad opisuje metodologiju istraživanja, drugi predstavlja same simulacije, a treći ispituje uspješnost simulacija u reproduciranju velikih struktura svemira.
Pritom je važno istaknuti kako su postrojenja poput svemirskog teleskopa Euclid, koji je Europska svemirska agencija (ESA) nedavno lansirala, i NASA-inog James Webb Space Telescopa (JWST) pridonijela značajnoj količini podataka o galaksijama, kvazarima i zvijezdama. U tom kontekstu, simulacije poput FLAMINGO igraju ključnu ulogu u znanstvenoj interpretaciji prikupljenih podataka, uspostavljajući most između teorijskih predviđanja o svemiru i stvarnih opažanja.
Kozmološka računalnu simulaciju
S obzirom na teorijski aspekt, cijeli naš svemir opisan je kroz nekoliko kritičnih brojeva poznatih kao ‘kozmološki parametri’. Najjednostavniji model svemira koristi se šest takvih parametara, a njihove se vrijednosti mogu precizno izmjeriti na različite načine. Jedna od metoda uključuje analizu svojstava kozmičkog mikrovalnog pozadinskog zračenja (Cosmic Microwave Backgrund – CMB), koje je blijedi ostatak rane faze svemira.
No, postoji određeni nesklad između vrijednosti izmjerenih ovom tehnikom i onih dobivenih drugim metodama koje se temelje na načinu na koji gravitacija galaksija utječe na savijanje svjetlosti (gravitacijsko lećenje). Ovaj nesklad mogao bi ukazivati na to da je naš standardni kozmološki model, koji se temelji na postojanju hladne tamne materije, možda na rubu svoje valjanosti.
Računalne simulacije, poput onih provedenih u projektu FLAMINGO, imaju potencijal otkriti uzroke ovih neskladova, pružajući znanstvenicima uvid u moguće sistemske pogreške u mjerenjima. Ako se pokaže da niti jedna od mogućih pristranosti nije dovoljna za objašnjenje neskladova, teorija će se naći pred ozbiljnim izazovom.
Do sada su simulacije koje su se uspoređivale s opažanjima uglavnom uključivale samo hladnu tamnu materiju. “Tamna materija i dalje dominira gravitacijom, ali doprinos obične materije više se ne može ignorirati”, ističe voditelj istraživanja Joop Schaye s Sveučilišta u Leidenu, dodajući da bi taj doprinos mogao biti ključan za razumijevanje odstupanja između modela i stvarnih opažanja.
Različita kozmološka opažanja
Prvi rezultati FLAMINGO projekta pokazuju da su i neutrini i obična materija ključni za precizna predviđanja, ali nisu u potpunosti riješili nesklad između različitih kozmoloških opažanja.
Simulacije koje uzimaju u obzir i običnu, barionsku materiju znatno su složenije i zahtijevaju znatno više računalne snage. To je zato što obična materija, koja čini svega šesnaest posto ukupne materije u svemiru, reagira ne samo na gravitaciju, već i na tlak plina. To može dovesti do izbacivanja materije iz galaksija putem aktivnosti crnih rupa i supernova, što se širi u međugalaktički prostor.
Jačina ovih međugalaktičkih vjetrova ovisi o eksplozijama unutar međuzvjezdanog medija, a njih je vrlo teško predvidjeti. Dodatno, utjecaj neutrina, subatomskih čestica s malom, ali ne i precizno poznatom masom, također je bitan, iako do sada nije bio uključen u simulacije.
Tim je završio niz simulacija praćenja formiranja struktura u tamnoj tvari, običnoj tvari i neutrinima. Doktorand Roi Kugel s Sveučilišta u Leidenu objašnjava: “Učinak galaktičkih vjetrova kalibriran je upotrebom metoda strojnog učenja, usporedbom rezultata mnogih različitih simulacija relativno malih volumena s opaženim masama galaksija i raspodjelom brzina zvijezda.”
Rezultati ovih simulacija služit će kao baza za daljnje istraživanje, s ciljem razumijevanja mehanizama koji pokreću formiranje struktura u svemiru, ali i prilagodbe i poboljšanja kozmoloških modela, koji su ključni za interpretaciju astronomskih opažanja.
Konačno, kako bi testirali različite teoretske modele i provjerili moguće pristranosti u opažanjima, istraživački tim predstavio je rezultate FLAMINGO simulacija kroz virtualni svemir promjera čak deset milijardi svjetlosnih godina. “Ova simulacija je najveća ikad provedena s običnom materijom”, naglašava Matthieu Schaller s Sveučilišta u Leidenu, “a za njezinu realizaciju razvili smo novi kôd, SWIFT, koji omogućava efikasno raspoređivanje računalnog rada na čak 30 tisuća CPU-a.”
FLAMINGO simulacije otvaraju novi virtualni prozor na svemir, omogućujući istraživačima da maksimalno iskoriste podatke dobivene kroz kozmološka opažanja. Osim toga, velika količina virtualnih podataka stvara prilike za nove teorijske uvide i testiranje novih tehnika analize podataka, uključujući primjenu strojnog učenja.
Uz pomoć strojnog učenja, astronomi mogu praviti predviđanja za svoje virtualne svemire, a usporedbom s opažanjima velike strukture svemira mogu izmjeriti vrijednosti kozmoloških parametara. Također, moguće je izmjeriti odgovarajuće nesigurnosti usporedbom s opažanjima koja uzimaju u obzir učinak galaktičkih vjetrova.
Pridružite se raspravi u našoj Telegram grupi. KOZMOS Telegram –t.me/kozmoshr
Pozdrav svima! Hvala što čitate Kozmos.hr! Ja sam Ivan i dugi niz godina pišem o svermiu, astronomiji, znanosti, povijesti i arheologiji, a imao sam priliku sudjelovati i u dokumentarcima Science Discovery-ja te History Channel-a.
