Úžasný vesmír simulace TNG50. Kredit: TNG Collaboration.

Jak říkají astrofyzici, vznik a vývoj galaxií představuje složitý tanec mezi hmotou a energií. Odehrává se na jevišti obrovských proporcí a trvá miliardy let. Tenhle tanec nás fascinuje, ale naše znalosti o něm jsou omezené. Třeba průběh vývoje galaxií do dnešní podoby z chaosu Velkého třesku náleží k nejúpornějším záhadám dnešní kosmologie.

Dylan Nelson z německého institutu Max Planck Institute for Astrophysics (MPA) v Mnichově a jeho kolegové hledali dopověď na tuto záhadu ve velice detailní kosmologické simulaci vývoje vesmíru. TNG50 je ve skutečnosti doposud nejdetailnější simulací vůbec z těch, které se zabývají velkou částí vesmíru. Tahle simulace stvořila vesmír o velikosti 230 milionů světelných let. Obsahuje desítky tisíc vyvíjejících se galaxií se skvělými detaily. Výpočty, na nichž je tato simulace založena, sledovaly osud více než 20 miliard jednotlivých „částic“, které představují temnou hmotu, kosmický plyn, hvězdy a supermasivní černé díry. Simulace TNG50 přitom vytvořila 13,8 miliard simulovaných let historie vesmíru.

Dylan Nelson. Kredit: MPA.

Právě doposud nevídané detaily v podobném typu simulace poskytly autorům významné poznatky o historii našeho reálného vesmíru, včetně vzniku zvláštních tvarů galaxií nebo toho, jak exploze hvězd a působení černých děr ovlivňuje evoluci galaxií.

TNG50 je nejnovější simulací z franšízy projektu IllustrisTNG Project. Cílem tohoto projektu je v divácky velmi přitažlivých simulacích vesmíru co nejvíce objasnit vznik a evoluci našeho vesmíru, aniž bychom v takových simulacích museli obětovat úroveň detailního pohledu na strukturu jednotlivých galaxií. Právě simulace TNG50 má tak dobré rozlišení detailů v rozložení hmoty, že poskytuje zřetelný pohled na strukturu galaxií.

Zrození kupy galaxií v simulaci. Kredit: TNG Collaboration.

Je jasné, že tak detailní simulace nemalé části vesmíru nevznikla jenom tak. Jde o jednu z výpočetně nejnáročnějších simulací v historii. Výpočty pro TNG50 běžely na 16 tisících procesorových jader superpočítače Hazel Hen v německém Stuttgartu, po dobu více než jednoho roku. Systém s jediným procesorem by takovou simulaci počítal asi tak 15 tisíc let.

Navzdory této titánské námaze jsou autoři simulace přesvědčeni, že se jim to vyplatilo. Jak zdůrazňuje Nelson, podobné experimenty jsou nejúspěšnější, když se v nich vynoří něco, co tvůrci na počátku vůbec nezadávali. A právě to se povedlo i se simulací TNG50. Objevily se v ní fenomény, které nebyly výslovně naprogramovány. Vznikly samovolně, díky komplexním vztahům mezi základními stavebními prvky simulace. V jistém smyslu, a s velkou nadsázkou, simulace TNG50 vlastně ožila. A zároveň tyto emergentní, čili náhle spontánně vznikající fenomény, zřejmě mohou být klíčové pro pochopení historie a evoluce reálného vesmíru.

Simulace TNG50 je na světě, ale její výzkum rozhodně není u konce. Zatím prý šlo jenom o úvodní exkurze do simulovaného vesmíru. Badatelé budou pokračovat ve svém úsilí a půjdou pořádně do hloubky. Zároveň hodlají simulaci ZNG50 kompletně zveřejnit, aby si jejich virtuální vesmír užili zájemci po celém světě.

Video:  Formation of a single massive galaxy through time in the TNG50 cosmic simulation


Literatura
Live Science 19. 11. 2019.