Simuleret billede, der viser fordelingen af stof i universet. Billedkredit: MPG. Klik for at forstørre.
Virgo-konsortiet, en international gruppe af astrofysikere fra England, Tyskland, Japan, Canada og USA, har i dag (2. juni) frigivet de første resultater fra den største og mest realistiske simulering nogensinde af væksten i den kosmiske struktur og dannelsen af galakser og kvasarer. I en artikel offentliggjort i Nature viser Virgo Consortium, hvordan sammenligning af sådanne simulerede data med store observationsundersøgelser kan afsløre de fysiske processer, der ligger til grund for opbygningen af virkelige galakser og sorte huller.
"Millennium Simulation" anvendte mere end 10 milliarder partikler af stof til at spore udviklingen af stoffordelingen i en kubisk region i Universet over 2 milliarder lysår på en side. Det holdt den vigtigste supercomputer i Max Planck Society's Supercomputeringscenter i Garching, Tyskland besat i mere end en måned. Ved at anvende sofistikerede modelleringsteknikker til de 25 Terabyte (25 millioner Megabyte) af lagret output, er Jomfrueforskere i stand til at genskabe evolutionære historier for de cirka 20 millioner galakser, der befolker dette enorme volumen og for de supermassive sorte huller, som lejlighedsvis ses som kvasarer i deres hjerter .
Teleskoper, der er følsomme over for mikrobølger, har været i stand til at forestille universet direkte, da det kun var 400.000 år gammelt. Den eneste struktur på det tidspunkt var svage krusninger i et ellers ensartet hav af stof og stråling. Gravitationsstyret evolution gjorde senere disse krusninger til den enormt rige struktur, vi ser i dag. Det er denne vækst, som Millennium Simulation er designet til at følge, med de to mål at kontrollere, at dette nye paradigme for kosmisk evolution faktisk stemmer overens med det, vi ser, og at udforske den komplekse fysik, der gav anledning til galakser og deres centrale sorte huller .
De seneste fremskridt inden for kosmologi viser, at omkring 70 procent af vores univers i øjeblikket består af Dark Energy, et mystisk kraftfelt, der får det til at udvide sig stadig hurtigere. Cirka en fjerdedel består tilsyneladende af Cold Dark Matter, en ny type elementær partikel, der endnu ikke er direkte påvist på Jorden. Kun ca. 5 procent er lavet af det almindelige atommateriale, som vi er bekendt med, og det meste af det består af brint og helium. Alle disse komponenter behandles i Millennium Simulation.
I deres Nature-artikel bruger Jomfrueforskerne Millennium Simulation til at studere den tidlige vækst af sorte huller. Sloan Digital Sky Survey (SDSS) har opdaget et antal meget fjerne og meget lyse kvasarer, der ser ud til at være vært for sorte huller mindst en milliard gange mere massiv end Solen på et tidspunkt, hvor universet var mindre end en tiendedel af sin nuværende alder.
”Mange astronomer mente, at dette umuligt kunne forene sig med den gradvise vækst af struktur, der er forudsagt af standardbilledet”, siger Dr. , da vi prøvede vores galakse- og kvasarformationsmodellering fandt vi, at et par massive sorte huller danner sig tidligt nok til at redegøre for disse meget sjældne SDSS-kvasarer. Deres galakseværter vises først i Millennium-dataene, når universet kun er et par hundrede millioner år gammelt, og i dag er de blevet de mest massive galakser i centrene for de største galakse-klynger. ”
For prof Carlos Frenk (Institut for Computational Cosmology, University of Durham), lederen af Jomfruen i Storbritannien, er det mest interessante aspekt ved de foreløbige resultater, at Millennium Simulation for første gang viser, at de karakteristiske mønstre er præget af sagen distribution ved tidlige epoker og synlig direkte i mikrobølgekortene, skal stadig være til stede og skal kunne påvises i den observerede fordeling af galakser. "Hvis vi kan måle baryonen vrikker tilstrækkeligt godt", siger prof Frenk, "så vil de give os en standard målestang til at karakterisere universets geometri og ekspansionshistorie og således lære om den mørke energis natur."
"Disse simuleringer producerer svimlende billeder og repræsenterer en betydelig milepæl i vores forståelse af, hvordan det tidlige univers tog form." sagde PPARCs administrerende direktør, prof. Richard Wade. "Millennium Simulation er et strålende eksempel på samspillet mellem teori og eksperiment inden for astronomi, da de seneste observationer af astronomiske objekter kan bruges til at teste forudsigelser om teoretiske modeller af universets historie."
De mest interessante og vidtrækkende anvendelser af Millennium Simulation skal stadig komme ifølge prof Simon White (Max Planck Institute for Astrophysics), der leder Jomfruens indsats i Tyskland. ”Nye observationskampagner giver os oplysninger med hidtil uset præcision om galaksernes egenskaber, sorte huller og den store struktur i vores univers,” bemærker han. ”Vores evne til at forudsige konsekvenserne af vores teorier skal nå et matchende præcisionsniveau, hvis vi skal bruge disse undersøgelser effektivt til at lære om vores verdens oprindelse og natur. Millennium Simulation er et unikt værktøj til dette. Vores største udfordring nu er at stille sin magt til rådighed for astronomer overalt, så de kan indsætte deres egen galakse- og kvasarformationsmodellering for at fortolke deres egne observationsundersøgelser. ”
Original kilde: PPARC nyhedsmeddelelse
