Zvětšit obrázek

Velký shluk galaxií s hustým oblakem temné hmoty uprostřed simulovaného vesmíru Illustris. Kredit: Illustris Collaboration.

Jak pochopit vznik a vývoj našeho vesmíru, v celé jeho šíři? Očividně to není úplně snadné, generace astrofyziků by mohly vyprávět. Můžeme vršit extravagantní hypotézy, jednu za druhou, můžeme i pozorovat vesmír až do vyčerpání těla i ducha. Anebo, díky divokému rozvoji hardware i software, si taky můžeme zkusit vesmír nasimulovat, co nejvěrněji to půjde, a přitom sledovat, co se v takové simulaci bude dít.

Mark Vogelsberger. Kredit: MIT.

Právě do toho se nedávno se svými spolupracovníky pustil fyzik Mark Vogelsberger z Kavli institutu pro astrofyziku a výzkum vesmíru na MIT, jejichž studii zveřejnil časopis Nature. Naprogramovali pozoruhodný model vesmíru jménem Illustris, který začíná 12 milionů let po Velkém třesku a zahrnuje 13 miliard let evoluce viditelné i temné hmoty virtuálního vesmíru. Předešlé simulace vesmíru byly buď detailní a zároveň malé anebo velké a nízkým rozlišením. Illustris by měl být první simulací, která detailně pokrývá natolik velkou část vesmíru, že ji lze bez větších obtíží zobecnit na celý vesmír. Obsáhne krychli vesmíru o hraně 350 milionů světelných let a zároveň je natolik jemná, že rozliší jednotlivé galaxie.

Zvětšit obrázek

Výsek simulace Illustris. Nalevo hustota temné hmoty, napravo hustota plynu. Kredit: Illustris Collaboration.

Na rozdíl od dřívějších modelů vesmíru Illustris vytváří galaxie rozličných tvarů, pěkně v souladu s pozorováním reálného vesmíru. Stejně věrně prý simuluje rozložení kup galaxií a neutrálního plynu ve vesmíru.

Tajemství úspěchu realistické simulace je podle Vogelsbergera skryto ve vyladěných algoritmech a také v zahrnutí pestré fyziky, včetně jevů jako je zrození supermasivních černých děr a jejich drtivý vliv na okolí. Simulace Illustris pochopitelně potřebuje ohromnou výpočetní sílu. Na nejmodernějším stolním počítači by trvala tak asi 2 000 let. Badatelé ji spočítali na superpočítačích ve Francii, Německu a USA, přičemž největší část simulace běžela na více než 8 tisících procesorech pár měsíců.

Zvětšit obrázek

Illustris nasimuluje eliptické, spirální i nepravidelné galaxie. Kredit: Illustris Collaboration.

Podle astrofyzika Chrise Brooka z Autonomní univerzity v Madridu, který se zabývá simulacemi vývoje galaxií, byly starší modely vesmíru na štíru i s těmi nejzákladnějšími vlastnostmi galaxií. Nebylo přitom jasné, jestli za to mohou nedostatky v modelování vývoje galaxií anebo problémy s mainstreamovou kosmologií Velkého třesku, obsahující pár procent běžné hmoty, temnou hmotou a temnou energii.

Zvětšit obrázek

Chris Brook. Kredit: UAM.

Brook se domnívá, že simulace Illustris Vogelsbergera a spol. více ukotvila modelování vesmíru ve standardní kosmologii a podobné simulace se teď mohou stát užitečným nástrojem pro předpovědi a také interpretace pozorování vesmíru.

Ani Illustris zatím není všemocným Matrixem, který by zcela vyčerpávajícím způsobem popisoval skutečný vesmír. V některých věcech se liší. Například, v Illustris vznikají málo hmotné galaxie příliš brzy. Vogelsberger a jeho kolegové se tomu snaží přijít na kloub a vystopovat, co je špatně. Když se jim to povede, tak jejich virtuální vesmír bude zase o něco věrnější kopií reality.

V I D E O Illustris Simulation: Most detailed simulation of our Universe. Kredit: Mark Vogelsberger.

V I D E O CASS Seminar 14 November 2012: Mark Vogelsberger (Harvard University). Kredit: UCSDAstro.

Literatura

The Illustris Simulation (http://www.illustris-project.org/)

Nature News 7. 5. 2014, Nature 509: 177–182.