We hebben een time-lapse-video gezien van bomen die groeien of bergen vormen, zelfs van het oppervlak van de aarde versnelde om te laten zien hoe continenten hun huidige configuraties bewogen en in de toekomst zullen bewegen.
gerelateerde inhoud
- Luisteren naar de oerknal
- Een korte rondleiding door de natuur van ons universum
Nu kunnen we zien dat time-lapse-beelden van het universum evolueren - 13 miljard jaar kosmische evolutie, allemaal binnen een kubus van 350 miljoen lichtjaar - gekrompen voor het scherm van onze computers. De video hierboven weeft door tijd en ruimte terwijl gas verhit, sterren exploderen, sterrenstelsels worden gevormd, zwarte gaten verslinden en het universum groeit. We zien de uitgestrekte ruimte in kaart gebracht als donkere materie, als gastemperatuur, als zware metalen, als zichtbaar licht - gegevens die overlappen en overlappen door 12 miljard 3D-pixels.
"Tot nu toe was geen enkele simulatie in staat om het universum tegelijkertijd op zowel grote als kleine schaal te reproduceren", zegt Mark Vogelsberger van het MIT / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Vogelsberger heeft samen met onderzoekers in Duitsland, het VK en andere instellingen in de VS gisteren hun simulatie onthuld in Nature .
Dit virtuele maar realistische universum werd gebouwd met een computerprogramma genaamd Illustris, dat complexe code gebruikte om het universum vanaf zijn kinderschoenen te bouwen, ongeveer 12 miljoen jaar na de oerknal.
Het creëren van een programma dat miljarden jaren omvat, vereiste passend een langdurige investering op menselijke schaal - onderzoekers besteedden vijf jaar aan het ontwikkelen van Illustris. Binnen dat, kostte de daadwerkelijke berekening drie maanden "runtime" op supercomputers en betrof het maar liefst 8.000 centrale verwerkingseenheden (CPU's, elk het "brein" van een computer) die tegelijkertijd werkten. Ter vergelijking: de gemiddelde desktopcomputer die alleen zou werken, zou deze taak in 2000 jaar hebben voltooid.
Toen de berekening op dit moment klaar was, had Illustris meer dan 41.000 sterrenstelsels gebouwd, samen met clusters en holtes van sterrenstelsels, die volgens de onderzoekers de essentie van het eigenlijke universum heel goed vastleggen. Inzoomen onthult een resolutie die zo fijn is dat deze in staat is om de chemie van gassen die in individuele sterrenstelsels wervelen te tonen.
Hoe werkt de simulatie? Eén klein aspect is gebaseerd op een fundamenteel principe van licht, de snelste substantie in het universum. Licht reist met een bekende snelheid - 299.792.458 meter per seconde - dus als we telescopen gebruiken om naar een melkwegstelsel te kijken op een miljard lichtjaar afstand, zien we het verleden - licht dat een miljard jaar geleden werd uitgestraald. Dus hoe verder weg astronomen kijken, de vader terug in de tijd die ze kunnen zien.
Maar observaties van telescopen maken alleen afzonderlijke delen van de evolutie van het universum en laten niemand zien hoe, bijvoorbeeld, een specifiek sterrenstelsel door de tijd verandert. De onderzoekers die Illustris bouwden, moesten dus enorme gaten in ruimte en tijd opvullen door de fundamenten te onderzoeken van hoe normale materie, donkere materie en donkere energie - de belangrijkste 'dingen' van het universum - in de ruimte op elkaar inwerken. Zoals je zou verwachten, beïnvloeden complexe fysische en chemische processen hoe kosmische structuren zich vormen.
De huidige gedachte suggereert dat de evolutie van kenmerken in de ruimte 'een zelfregulerend proces is, in de zin dat de structuren die zich vormen, in het bijzonder sterren en zwarte gaten, hun omgeving beïnvloeden en de daaropvolgende evolutie van de volgende generatie structuren', de auteurs schrijven op de site van Illustris. "In Illustris worden een uitgebreide (zelfs als ze niet compleet zijn) reeks fysieke processen zoals door sterrenvorming aangedreven galactische winden en thermische injectie met zwarte gaten gemodelleerd door de hele kosmische geschiedenis." Dergelijke simulaties zijn de sleutel tot het creëren van een realistische set van gemodelleerde sterrenstelsels.
Andere video's die door de auteurs zijn geproduceerd, tonen specifieke segmenten van de simulatie - 13 miljard jaar gastemperaturen in de ruimte of de volledige evolutie van een bepaald sterrenstelsel. "Illustris is als een tijdmachine", zegt co-auteur Shy Genel van de CfA. "We kunnen vooruit en achteruit gaan in de tijd. We kunnen de simulatie pauzeren en inzoomen op een enkel sterrenstelsel of sterrenstelsel om te zien wat er echt aan de hand is. "
En we kunnen ook verwonderd staren, terwijl we door filamenten vliegen die doen denken aan neurale netwerken, met de enorme omvang van ruimte en tijd en de kracht van de mensheid om het te simuleren.
