Vi har sett en tidsforsinkelsesvideo av trær som vokser eller fjellformer seg, til og med av overflaten på jorden som ble spredt for å vise hvordan kontinenter flyttet til dagens konfigurasjoner og vil bevege seg i fremtiden.
Relatert innhold
- Lytter til Big Bang
- En rask tur gjennom universets natur
Nå kan vi se tidsforsinkelsesbilder av universet som utvikler seg - 13 milliarder år med kosmisk evolusjon, alt innenfor en kube 350 millioner lysår på en side - krympet til skjermen på datamaskinene våre. Videoen over vever oss gjennom tid og rom når gass varmer, stjerner eksploderer, galakser dannes, sorte hull sluker og universet utvider seg. Vi ser de store ekspansjonene av rom som er kartlagt som mørk materie, som gasstemperatur, som tungmetaller, som synlig lys - data som overlapper og overlapper gjennom 12 milliarder 3D-piksler.
"Inntil nå klarte ingen simulering å reprodusere universet på både store og små skalaer samtidig, " sier Mark Vogelsberger ved MIT / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Vogelsberger, sammen med forskere i Tyskland, Storbritannia og andre institusjoner i USA, avduket simuleringen sin i går i Nature .
Dette virtuelle, men realistiske universet ble bygget med et dataprogram kalt Illustris, som benyttet kompleks kode for å bygge universet fra sin spede begynnelse, omtrent 12 millioner år etter Big Bang.
Å lage et program som spenner over milliarder av år med passende behov for langvarig investering på menneskelig skala - forskere brukte fem år på å utvikle Illustris. I løpet av dette tok faktiske beregninger tre måneders "kjøretid" på superdatamaskiner og involverte hele 8000 sentrale prosesseringsenheter (CPUer, som hver var "hjernen" til en datamaskin) som fungerte samtidig. Til sammenligning ville den gjennomsnittlige stasjonære datamaskinen som jobber alene, fullført denne oppgaven på 2000 år.
Da beregningen var ferdig på nåværende tidspunkt, hadde Illustris bygget mer enn 41 000 galakser, sammen med galakse klynger og tomrom, som forskerne sier fanger essensen i det faktiske universet veldig bra. Å zoome inn viser en oppløsning så fin at den er i stand til å vise kjemikaliene til gasser som virvler rundt i individuelle galakser.
Hvordan fungerer simuleringen? Et bittelitt aspekt er basert på et grunnleggende lysprinsipp, det raskeste stoffet i universet. Lyset kjører med en kjent hastighet - 299, 792, 458 meter per sekund - så når vi bruker teleskoper for å se på en galakse en milliard lysår unna, ser vi fortiden - lys som ble sendt ut for en milliard år siden. Dermed ser lengre borte astronomene, faren tilbake i tid de kan se.
Men observasjoner fra teleskoper skaper bare diskrete deler av universets utvikling og lar ikke noen se hvordan, for eksempel, en spesifikk galakse forandrer seg gjennom tid. Så forskerne som bygde Illustris måtte fylle ut enorme hull i rom og tid ved å undersøke det grunnleggende om hvordan normal materie, mørk materie og mørk energi - de viktigste “tingene” i universet - samhandler i rommet. Som du kanskje forventer, påvirker komplekse fysiske og kjemiske prosesser hvordan kosmiske strukturer dannes.
Nåværende tanker tyder på at utviklingen av funksjoner i rommet "er en selvregulerende prosess, i den forstand at strukturene som danner, særlig stjerner og sorte hull, påvirker omgivelsene og den påfølgende evolusjonen av den neste generasjonen strukturer, " forfattere skriver på Illustris 'side. "I Illustris er et omfattende (selv om ikke komplett) sett med fysiske prosesser som stjernedannelsesdrevet galaktisk vind og svart hulls termisk energiinjeksjon, modellert gjennom den kosmiske historien." Slike simuleringer er nøkkelen til å skape et realistisk sett med modellerte galakser.
Andre videoer produsert av forfatterne viser spesifikke skiver av simuleringen — 13 milliarder år med gasstemperatur i rommet, eller den komplette utviklingen av en bestemt galakse. "Illustris er som en tidsmaskin, " sier medforfatter Shy Genel fra CfA. "Vi kan gå fremover og bakover i tid. Vi kan pause simuleringen og zoome inn i en enkelt galakse eller galakse-klynge for å se hva som virkelig skjer. "
Og vi kan også se på forundring når vi flyr gjennom filamenter som minner om nevrale nettverk, på den store størrelsen på rom og tid og menneskets kraft til å simulere det.
