Vi har set time-lapse-video af træer, der vokser eller bjerge dannes, selv af jordens overflade rykkede op for at vise, hvordan kontinenter flyttede til deres nutidige konfigurationer og vil bevæge sig i fremtiden.
Relateret indhold
- Lytter til Big Bang
- En hurtig tur gennem naturen af vores univers
Nu kan vi se tidsforløbsmaterialer af universet, der udvikler sig - 13 milliarder år med kosmisk udvikling, alt sammen inden for en terning, der er 350 millioner lysår på en side - krympet til skærmen på vores computere. Videoen ovenfor væver os gennem tid og rum, når gas opvarmes, stjerner eksploderer, galakser dannes, sorte huller fortærer og universet udvides. Vi ser de store udvidelser af rum, der er kortlagt som mørkt stof, som gastemperatur, som tungmetaller, som synligt lys - data, der overlapper og overlejrer gennem 12 milliarder 3D-pixels.
"Indtil nu var ingen enkelt simulering i stand til at gengive universet på både store og små skalaer samtidig, " siger Mark Vogelsberger fra MIT / Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA). Vogelsberger afslørede sammen med forskere i Tyskland, Storbritannien og andre institutioner i USA deres simulering i går i Nature .
Dette virtuelle, men realistiske univers blev bygget med et computerprogram kaldet Illustris, der anvendte kompleks kode til at opbygge universet fra sin spædbarn, ca. 12 millioner år efter Big Bang.
Oprettelse af et program, der spænder over milliarder af år med passende krævede en lang tids investering på menneskelig skala - forskere brugte fem år på at udvikle Illustris. Inden for dette tog faktiske beregninger tre måneders "køretid" på supercomputere og involverede en kæmpestor 8.000 centrale behandlingsenheder (CPU'er, der hver var "hjernen" på en computer), der arbejdede samtidig. Til sammenligning ville den gennemsnitlige desktopcomputer, der arbejder alene, have afsluttet denne opgave i 2.000 år.
Da beregningen var færdig på det nuværende tidspunkt, havde Illustris bygget mere end 41.000 galakser sammen med galakse-klynger og hulrum, som forskerne siger at fanger essensen af det egentlige univers meget godt. At zoome ind afslører en opløsning, der er så fin, at den er i stand til at vise kemikerne af gasser, der hvirvler rundt i de enkelte galakser.
Hvordan fungerer simuleringen? Et lille aspekt er baseret på et grundlæggende princip om lys, det hurtigste stof i universet. Lys bevæger sig med en kendt hastighed - 299.792.458 meter i sekundet - så når vi bruger teleskoper til at se på en galakse en milliard lysår væk, ser vi fortiden - lys, der blev udsendt for en milliard år siden. Så længere væk astronomer ser, faren tilbage i tiden, de kan se.
Men observationer fra teleskoper skaber kun diskrete stykker af universets udvikling og tillader ikke nogen at se, hvordan, sige, en specifik galaksmorfe gennem tiden. Så forskerne, der byggede Illustris, måtte udfylde enorme huller i rum og tid ved at undersøge de grundlæggende elementer i, hvordan normal stof, mørk stof og mørk energi - universets vigtigste "ting" - interagerer i rummet. Som du kunne forvente, har komplekse fysiske og kemiske processer indflydelse på, hvordan kosmiske strukturer dannes.
Den nuværende tanke antyder, at udviklingen af funktioner i rummet "er en selvregulerende proces, i den forstand, at de strukturer, der danner, især stjerner og sorte huller, påvirker deres omgivelser og den efterfølgende udvikling af den næste generation af strukturer, " forfattere skriver på Illustris 'side. ”I Illustris modelleres et omfattende (selvom ikke komplet) sæt fysiske processer som stjernedannelsesdrevet galaktisk vind og sort hul termisk energiinjektion gennem den kosmiske historie.” Sådanne simuleringer er nøglen til at skabe et realistisk sæt af modellerede galakser.
Andre videoer, der er produceret af forfatterne, viser specifikke skiver af simuleringen — 13 milliarder år med gastemperaturer i rummet eller den komplette udvikling af en bestemt galakse. "Illustris er som en tidsmaskine, " siger medforfatter Shy Genel fra CfA. "Vi kan gå frem og tilbage i tiden. Vi kan sætte simuleringen på pause og zoome ind i en enkelt galakse eller galakse-klynge for at se, hvad der virkelig foregår. "
Og vi kan også stirre under forundring, når vi flyver gennem filamenter, der minder om neurale netværk, på den store størrelse af rum og tid og menneskets styrke til at simulere det.
