Stroj na vesmíry. Kredit: NASA, ESA, and J. Lotz and the HFF Team/STScI.

Galaxie jsou ve vesmíru všude kolem nás. A žijeme uvnitř jedné z nich. Přitom stále nemáme jasnou představu, jak vznikají galaxie typu Mléčná dráha, ani jak rostou a mění se v průběhu času. Lidští astronomové byli na tenhle problém očividně krátcí, teď ale nastupují superpočítače a jejich mocný výkon v simulacích.

Pozorování reálných galaxií je sice povznášející, ale poskytne nám pouze momentky z předlouhého života galaxie. Když chtějí vědci detailně studovat vznik a vývoj galaxií v průběhu miliard let existence vesmíru, tak se stejně musejí uchýlit k počítačovým simulacím. Tradičně to dělají tak, že simulují vesmíry a testují nové teorie o vzniku galaxií, pěkně jednu po druhé.

Peter Behroozi. Kredit: UC-HiPACC.

Peter Behroozi z americké Steward Observatory na University of Arizona a jeho kolegové to vzali pořádně do ruky a vyrobili si na superpočítači miliony různých simulovaných vesmírů. Každý z nich přitom testoval nějaké teorie o vzniku a růstu galaxií. Jejich intenzivní výzkum zpochybnil tradiční představy o roli temné hmoty při tvorbě galaxií, o vývoji galaxií v čase i o vzniku hvězd v galaxiích. S tím ještě bude zřejmě dost zábavy.

Jak říká Behroozi, s brutální výpočetní silou superpočítače mohli postupovat tak, že stvořili miliony vesmírů a pak je srovnávali s tím naším skutečným vesmírem. A sledovali přitom, které fyzikální „recepty“ zajistí vznik vesmíru podobného našemu. Behrooziho tým je první, který vytvořil vnitřně konzistentní vesmíry, co jsou precizními replikami podle vzoru toho reálného vesmíru. Každý jejich simulovaný vesmír přitom zahrnuje oblast, která obsahuje 12 milionů galaxií a pokrývá časový úsek od 400 milionů let po Velkém třesku až po dnešek.

Ocelot, nejrychlejší šelma Arizonské univerzity. Kredit: Arizpe Ellinwood/CIO.

Tvůrci svému postupu říkají UniverseMachine, čili Stroj na vesmíry. Každý vesmír, který tenhle stroj vyrobil, prošel sérií testů a srovnání. Ukázalo se, že simulované vesmíry, které se na první pohled nejvíce podobaly skutečnému vesmíru, skutečně vznikly díky fyzikálním „receptům“, které byly hodně podobné receptu na náš reálný vesmír. Jak se zdá, tento nový nástroj ke studiu galaxií funguje.

Simulovat vesmíry není legrace. Behroozi a spol. k tomu použili výpočetní zdroje amerického výzkumného centra NASA Ames Research Center a německého centra Leibniz-Rechenzentrum, a zároveň také superpočítač Ocelote, který je součástí clusteru High Performance Computing na University of Arizona. Dvě tisícovky procesorů žvýkaly data a simulovaly vesmíry déle než tři týdny. Behrooziho tým za celou dobu výzkumu simuloval více než 8 milionů vesmírů. Do budoucna plánují rozšířit svoji metodu Stroje na vesmíry o konkrétní tvary jednotlivých galaxií a o vývoj těchto tvarů během historie příslušného vesmíru.

Video:  Close Pairs and Galaxy Formation - Peter Behroozi


Video: Peter Behroozi: The Correlation between Galaxy Growth and Dark Matter Halo Assembly


Literatura
University of Arizona 9. 8. 2019, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society 488: 3143–3194.