Tenký výřez ze simulace IllustrisTNG, znázorňující pohyb mas plynu. Kredit: IllustrisTNG collaboration.

Astrofyzici rádi simulují vesmír. Je to estetické a taktéž velmi přínosné pro naše modely vzniku a vývoje vesmíru. S novými počítači a výpočetními postupy přicházejí stále kvalitnější a detailnější simulace vesmíru.

Volker Springer. Kredit: HITS.

Volker Springel z Heidelberg Institute for Theoretical Studies (HITS) společně s početným týmem spolupracovníků řady institucí vyvinul a naprogramoval nejnovější a doposud nejvíce pokročilou simulaci vesmíru. Autoři ji přezdívají Illustris: The Next Generation (IllustrisTNG). Nová simulace nabízí nový úhel pohledu na to, jak černé díry ovlivňují rozložení temné hmoty, jak vznikají těžší prvky a jak se šíří po vesmíru, i třeba na to, jak vznikají ohromná magnetická pole ve vesmíru.

Když pozorujeme vesmír teleskopy, tak vždy vidíme jenom výsek jeho historie. Detailní simulace, jako je IllustrisTNG, nabízejí možnost studovat všechny dostupné parametry všech galaxií, v průběhu celé jejich historie. Podle jednoho ze spoluautorů simulace, Marka Vogelsbergera z MIT a Kavli Institutu pro astrofyziku, dovoluje vysoké rozlišení vesmíru v simulaci IllustrisTNG a její sofistikovaný model evoluce galaxií zkoumat problematiku vzniku obrovských magnetických polí ve vesmíru, jako nikdy předtím.

Výřez struktury vesmíru z největší simulace projektu IllustrisTNG. Kredit: IllustrisTNG collaboration.

Vesmírná simulace IllustrisTNG vychází ze starší úspěšné simulace Illustris. Vyvinul ji prakticky stejný badatelský tým. IllustrisTNG je vylepšená o fyzikální procesy, které hrají zásadní roli ve vzniku a evoluci galaxií. Tak jako původní Illustris, i IllustrisTNG nesimuluje celý vesmír, ale jeho výřez ve tvaru kostky. V případě IllustrisTNG má tento výřez jednu stranu o délce 1 miliardy světelných let. Tím pádem jde o doposud nejrozsáhlejší hydrodynamickou simulaci vývoje kosmických struktur.

Cray XC40 (Hazel Hen). Kredit: Julian Herzog / Wikimedia Commons.

A jak IlllustrisTNG vypadá?

Vše nasvědčuje tomu, že simulovaná vlákna kosmické pavučiny plynu a temné hmoty generují galaxie velice podobné reálným galaxiím. IllustrisTNG je také první ze simulací, která detailně určuje rozložení galaxií v prostoru. A srovnání s reálnými daty, jako jsou data Sloanovy digitální přehlídky oblohy (SDSS, Sloan Digital Sky Survey), ukazuje, že i v tomto ohledu je simulace IllustrisTNG velice realistická. Springel a jeho kolegové jsou prý obzvláště fascinováni tím, že mohou sledovat vliv supermasivních černých děr na rozložení hmoty ve vesmíru. To je podle nich zásadní pro spolehlivé interpretace kosmologických měření.

Pro projekt IllustrisTNG vědci použili obzvláště výkonný software AREPO, který spouštěli na superpočítači Hazel Hen, což je superstar německých superpočítačů, která sídlí v centru High Performance Computing Center Stuttgart. Simulace běžela na více než 24 tisících procesorech déle než 2 měsíce. Během toho vytvořila přes 500 TB dat, jejichž detailní analýzy zaberou celé roky práce.

Video: Pillepich: Introducing IllustrisTNG (The Next Generation)


Video: IllustrisTNG: The cosmic magnetic field strength


Literatura
Simons Foundation 31. 1. 2018.