הנה, ההדמיה הוירטואלית המדויקת ביותר של היקום שלנו עד כה

בתוך ה לוח שנה קוסמי , הממפה את הכרונולוגיה של היקום על פני שנת כדור הארץ אחת, בני אדם מודרניים לא מופיעים עד הדקה האחרונה ממש של 31 בדצמבר.

כל מה שאנחנו מבינים על התפתחות היקום, היינו צריכים לחבר. פשוט לא היינו בסביבה כמעט בהיסטוריה של 13.7 מיליארד שנים של הקוסמוס כדי לצפות בו בפעולה.

עבודת הבילוש הזו הייתה די אפית. ואחד הכלים בערכה שלנו הוא הדמיות של היווצרות ואבולוציה של המבנים העצומים המשתרעים על מרחב הנצפה.

כעת, באמצעות מחשבי-על, צוות בינלאומי של מדענים בראשות אוניברסיטת הלסינקי בפינלנד יצר את הסימולציה הגדולה והמדויקת ביותר עד כה של התפתחות היקום המקומי. זה יכול לעזור לנו להבין את הדינמיקה המתרחשת בזמן שהיקום ממשיך להתפתח, כולל המסתורי חומר אפל ו אנרגיה שחורה .

'הסימולציות פשוט חושפות את ההשלכות של חוקי הפיזיקה הפועלים על החומר האפל והגז הקוסמי לאורך 13.7 מיליארד השנים שהיקום שלנו קיים,' אומר הקוסמולוג קרלוס פרנק מאוניברסיטת דורהאם בבריטניה.

'העובדה שהצלחנו לשחזר את המבנים המוכרים הללו מספקת תמיכה מרשימה למודל החומר האפל הקר הסטנדרטי ואומרת לנו שאנחנו בדרך הנכונה להבין את האבולוציה של היקום כולו.'

הסימולציה נקראת SIBELIUS-DARK, והיא מכסה נפח חלל המשתרע על פני 600 מיליון שנות אור ממערכת השמש. זה כולל כמה צבירי גלקסיות, כולל בתולה, תרדמת ופרסאוס; שביל החלב וגלקסיות אנדרומדה; הריק מקומי; וה מושך גדול .

התפלגות החומר האפל של נפח SIBERIUS-DARK. (McAlpine et al., MNRAS, 2022)

בתוך נפח זה של חלל, ההדמיה הייתה צריכה להסביר כ-130 מיליארד חלקיקים. חישוב החלקיקים הללו לאורך כל תוחלת החיים של היקום - וברזולוציה גבוהה מאי פעם - ארך מספר שבועות על מכונת DiRAC COSmology מחשב-על (COSMA) באוניברסיטת דורהאם, המייצר פטה-בייט של נתונים. לאחר מכן, החוקרים נאלצו להשוות את התוצאות עם סקרי תצפית של היקום האמיתי.

זה מאפשר להם לחקור משהו שנקרא מודל החומר האפל הקר של הקוסמולוגיה, הסטנדרט הנוכחי למיפוי האבולוציה של היקום. זה מסתמך על עצוםרשת קוסמיתשל חומר אפל, המסה הבלתי נראית המסתורית האחראית להוספת כוח הכבידה ליקום מעבר למה שניתן להסביר על ידי חומר רגיל.

לפי מודל זה, חומר אפל מצטבר בגושים הנקראים הילות. מימן וגזים אחרים ניזונים להילות אלה, ובסופו של דבר יוצרים כוכבים ולאחר מכן גלקסיות. מודל זה מסביר לא מעט מאפיינים של היקום הנצפה. עם זאת, רוב הסימולציות המשלבות אותו מדמות תיקון אקראי של היקום.

חלקת היקום שלנו היא קצת מחוץ לנורמה האקראית. שביל החלב צף בחלל ריק, או בתת-צפיפות יחסית של גלקסיות בהשוואה להתפלגות הממוצעת ביקום הרחב יותר. אז החוקרים החליטו לשחזר את הפינה שלנו ביקום, כדי לראות אם דגם החומר האפל הקר יוכל לשחזר את מה שאנו רואים בסביבתנו הקרובה.

זה יכול.

'הפרויקט הזה הוא באמת פורץ דרך', אומר הקוסמולוג מתיאו שלר מאוניברסיטת ליידן בהולנד. 'הסימולציות הללו מדגימות שמודל החומר האפל הסטנדרטי יכול לייצר את כל הגלקסיות שאנו רואים בשכונה שלנו. זה מבחן חשוב מאוד כדי שהמודל יעבור״.

אבל SIBELIUS-DARK גם הראה שהריק המקומי עשוי להיות יוצא דופן, בכך שנראה שהוא התפתח מתת-צפיפות מקומית בקנה מידה גדול של חומר אפל מלכתחילה. מה שיצר את תת-הצפיפות הזו ברשת הקוסמית המוקדמת יצטרך להיות נושא למחקרים עתידיים.

בינתיים, הצוות יבצע ניתוחים נוספים של הסימולציה כדי לבדוק את מודל החומר האפל הקר של הקוסמולוגיה.

'על ידי הדמיית היקום שלנו, כפי שאנו רואים אותו, אנו צעד אחד קרוב יותר להבנת טבע הקוסמוס שלנו,' אומר הפיזיקאי סטיוארט מקאלפין של אוניברסיטת הלסינקי.

'הפרויקט הזה מספק גשר חשוב בין עשרות שנים של תיאוריה ותצפיות אסטרונומיות.'

המחקר פורסם ב- הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה .