Den största simuleringen någonsin av universum avslöjat

Redan 1970 genomförde Jim Peebles vid Princeton University ett banbrytande experiment. Han använde den nymodiga datortekniken för att simulera beteendet hos ett kluster av galaxer under tyngdkraften.

Denna simulering var liten med moderna standarder: den involverade bara 300 'partiklar'. Men den visade att datormodeller kunde ge en viktig inblick i bildandet av strukturer i stor skala. Det är rättvist att säga att denna och andra tidiga simuleringar revolutionerade kosmologin.

Idag visar Juhan Kim vid Korea Institute for Advanced Study i Seoul, och några kompisar, hur långt denna teknik har kommit. Dessa killar har genomfört den största simuleringen av universum som någonsin gjorts, bestående av 374 miljarder partiklar i en låda med en diameter på cirka 10 gigaparsec. Det motsvarar ungefär två tredjedelar av storleken på det observerbara universum.

Detta tog ungefär 20 dagars beräkningstid på superdatorn Tachyonii i Korea, den 26:e snabbaste i världen i den senaste uppsättningen av rankningar.

Däremot bestod 2005 års Millennium-simulering, som var den största kosmologiska simuleringen på sin tid, av 10 miljarder partiklar i en låda på 500 megaparsec. Den nya simuleringen kallad Horizon Run 3 är 8800 gånger större.

Syftet med simuleringen är att reproducera hela utvecklingen av ett universum som till stor del består av kall mörk materia för att se om det producerar samma strukturer som vi ser i vår – från de galaktiska strukturerna till galaktiska hopar, galaktiska superkluster och vidare.

De senaste teorierna förutspår att vårt universum borde ha strukturer på de allra största skalorna som kallas akustiska baryonoscillationer. Dessa är i huvudsak resterna av vågor i plasman som fanns i det mycket tidiga universum som blev frusna på plats när de svalnade.

Det är uppenbart att det bara är möjligt att modellera dessa objekt i simuleringar som täcker en stor del av universum.

Det borde också finnas strukturer som är föregångare till galaxer. Dessa bildades när mörk materia bildades till haloer som sedan attraherade synlig materia som fortsatte att bilda de galaxer vi ser idag.

Dessa strukturer är för gamla och därför för långt borta att se. Men det borde vara möjligt att simulera dem i modeller som innehåller en betydande del av universum i mycket hög upplösning. Hittills har det inte varit möjligt, åtminstone inte tillförlitligt, eftersom simuleringar med låg upplösning lätt kan bli partiska på orealistiska sätt. .

Så den nya simuleringen öppnar för ett sätt att studera dessa objekt i detalj för första gången. I själva verket tittar astronomer in i dessa simuleringar som om de observerade från en virtuell jord i mitten av ett virtuellt universum. De tittar för att se om simuleringarna reproducerar universum (i genomsnitt) som vi ser och i så fall hur mer avlägsna observationer med nästa generations teleskop ska se ut.

Det är imponerande. Men helt klart är Horizon Run 3 bara ett steg i ett pågående lopp för att göra större simuleringar av universum i högre upplösningar. Och en dag kommer det att se lika primitivt ut för framtida kosmologer som Peebles galaxhopkörning ser ut idag.

Ref: arxiv.org/abs/1112.1754 : The New Horizon Run Cosmological N-Body Simulations

Dölj