Πώς να φτιάξετε το σύμπαν σε 20 μόνο μέρες

Η μεγαλύτερη προσομοίωση του σύμπαντος που έχει μέχρι τώρα πραγματοποιηθεί, η Run Horizon 3, εκτελέστηκε από τον 26ο ισχυρότερο υπολογιστή του κόσμου στην Κορέα. Σε αυτήν ‘συμμετείχαν’ 374 δισεκατομμύρια σωματίδια μέσα σε ένα χώρο μήκους 32 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Έκταση που ισοδυναμεί με περίπου τα δύο τρίτα του μεγέθους του παρατηρήσιμου σύμπαντος.

Ένας υπερυπολογιστής από την Κορέα για 20 μέρες έτρεχε μία προσομοίωση για τη γέννηση του σύμπαντος

Το 1970 ο Jim Peebles του Πρίνστον πραγματοποίησε για πρώτη φορά ένα πρωτοποριακό για την εποχή του πείραμα προσομοίωσης. Χρησιμοποίησε την τότε νεότευκτη τεχνολογία της πληροφορικής για την προσομοίωση της συμπεριφοράς ενός σμήνους γαλαξιών κάτω από τη δύναμη της βαρύτητας.

Σ’ εκείνη την προσομοίωση συμμετείχαν μόλις 300 «σωματίδια». Αλλά έδειξε ότι τα υπολογιστικά μοντέλα θα μπορούσαν να δώσουν μια σημαντική εικόνα για το σχηματισμό των δομών σε μεγάλη κλίμακα. Είναι δίκαιο να πούμε ότι αυτή καθώς και άλλες προσομοιώσεις που έτρεξαν έφεραν μια επανάσταση στην κοσμολογία.

Το 2005 έγινε η μεγαλύτερη κοσμολογική προσομοίωση της δεκαετίας του 2000, με 10 δισεκατομμύρια σωματίδια μέσα σε ένα χώρο μήκους 1,630 δισεκατομμύρια έτη φωτός. Η νέα προσομοίωση που ονομάζεται Run Horizon 3 είναι 8.800 φορές μεγαλύτερη.

Σε αυτήν ερευνητές στο Ινστιτούτο Προχωρημένων Σπουδών της Κορέας με επικεφαλής τον Juhan Kim, χρησιμοποίησαν για την προσομοίωση τον υπερ-υπολογιστή Tachyon ΙΙ, ο οποίος διαθέτει σκληρό δίσκο 157.392 GB και περισσότερους από 26.232 επεξεργαστές. Ο Tachyon ΙΙ θεωρείται ο 26ος ταχύτερος υπολογιστής στον κόσμο.

Χρειάστηκαν 20 μέρες, για να καταφέρει να αναλύσει τα περίπου 374 δισεκατομμύρια σωματίδια, αριθμός που ισοδυναμεί με περίπου τα δύο τρίτα του μέχρι σήμερα γνωστού σύμπαντος.

Ο σκοπός της μελέτης, που ονομάζεται Run Horizon 3, ήταν να προσομοιώσει τη γέννηση και την εξέλιξη του σύμπαντος (που σε μεγάλο βαθμό αποτελείται από ψυχρή σκοτεινή ύλη) και να επαληθεύσει εάν το πρόγραμμα τελικά μπορεί όντως να απεικονίσει επαρκώς τη διαστημική μας γειτονιά. Αν παράγει δηλαδή τις ίδιες δομές που βλέπουμε γύρω μας – από γαλαξιακά σμήνη και πέρα. Με τη μελέτη αυτής της εικονικής εκδοχής, οι αστρονόμοι θα μπορούν να προβλέψουν καλύτερα την αλλαγή του σύμπαντος με την πάροδο του χρόνου.

Οι πιο πρόσφατες θεωρίες προβλέπουν ότι το σύμπαν μας θα πρέπει να έχει τεράστιες δομές σε πολύ μεγαλύτερες κλίμακες, που ονομάζονται ακουστικές ταλαντώσεις βαρυονίων. Τούτες οι δομές είναι βασικά τεράστια υπολείμματα από σκοτεινή ύλη των κυμάτων, μέσα στο πλάσμα που υπήρχε στο πολύ πρώιμο σύμπαν και τα οποία πάγωσαν καθώς το σύμπαν ψύχθηκε.

Σαφώς, μόνο με τις προσομοιώσεις, σαν την Run Horizon 3, είναι δυνατό να επαληθευτούν οι θεωρίες αυτές για τις ακουστικές ταλαντώσεις βαρυονίων που καλύπτουν ένα μεγάλο μέρος του σύμπαντος.

Επίσης θα έπρεπε να υπάρχουν οι δομές που είναι οι πρόδρομοι των γαλαξιών. Αυτές σχηματίστηκαν όταν η σκοτεινή ύλη σχηματίστηκε στην άλως (ή το φωτοστέφανο) γύρω από τους γαλαξίες, η οποία εν συνεχεία προσέλκυσε την ορατή ύλη για να σχηματίσει τους γαλαξίες που βλέπουμε σήμερα.

Αυτές οι δομές είναι πολύ παλιές και επομένως πάρα πολύ μακρινές για να μπορέσουμε να τις δούμε. Όμως, θα πρέπει να είναι δυνατόν να τις προσομοιώσουμε σε μοντέλα που περιέχουν ένα σημαντικό μέρος του σύμπαντος και σε πολύ υψηλή ανάλυση. Μέχρι σήμερα δεν ήταν δυνατό, τουλάχιστον με κάποια αξιοπιστία, με το χαμηλό επίπεδο ανάλυσης που υπήρχε να τις δούμε με ένα αξιοπρεπή τρόπο.

Έτσι, η νέα προσομοίωση ανοίγει στο δρόμο για τη λεπτομερή μελέτη αυτών των αντικειμένων για πρώτη φορά. Στην πραγματικότητα, οι αστρονόμοι σε αυτές τις προσομοιώσεις είναι σαν να παρατηρούν το σύμπαν από μια εικονική Γη στο κέντρο της. Θα κοιτάξουν να δούνε αν οι προσομοιώσεις αναπαράγουν το σύμπαν (κατά μέσο όρο) που βλέπουμε γύρω μας, και αν ναι, να αντιληφθούμε με τι θα μοιάζει το πιο μακρινό σύμπαν με την επόμενη γενιά των τηλεσκοπίων.

Κι αυτό όντως είναι εντυπωσιακό. Σαφώς, το Horizon 3 Run είναι μόνο ένα βήμα σε ένα συνεχή αγώνα δρόμου για να κάνουμε μεγαλύτερες προσομοιώσεις του σύμπαντος σε ακόμα μεγαλύτερες αναλύσεις. Και μια μέρα, θα φανεί πόσο πρωτόγονη ήταν η προσομοίωση που έτρεξε ο Peeble για το σμήνος των γαλαξιών.