211service.com
Grootste simulatie van het universum ooit onthuld
In 1970 voerde Jim Peebles van de Princeton University een baanbrekend experiment uit. Hij gebruikte de nieuwerwetse computertechnologie om het gedrag van een cluster van sterrenstelsels onder zwaartekracht te simuleren.
Deze simulatie was naar moderne maatstaven klein: er waren slechts 300 ‘deeltjes’ bij betrokken. Maar het toonde aan dat computermodellen een belangrijk inzicht kunnen geven in de vorming van structuren op grote schaal. Het is eerlijk om te zeggen dat deze en andere vroege simulaties een revolutie teweeg hebben gebracht in de kosmologie.
Vandaag laten Juhan Kim van het Korea Institute for Advanced Study in Seoul, en een paar vrienden, zien hoe ver deze techniek is gekomen. Deze jongens hebben de grootste simulatie van het universum ooit uitgevoerd, bestaande uit 374 miljard deeltjes in een doos met een diameter van ongeveer 10 gigaparsecs. Dat komt ongeveer overeen met ongeveer twee derde van de grootte van het waarneembare heelal.
Dit vergde zo'n 20 dagen rekentijd op de Tachyonii-supercomputer in Korea, de 26e snelste ter wereld in de laatste reeks ranglijsten.
Daarentegen bestond de Millenniumsimulatie van 2005, de grootste kosmologische simulatie van zijn tijd, uit 10 miljard deeltjes in een doos van 500 megaparsec. De nieuwe simulatie genaamd Horizon Run 3 is 8800 keer groter.
Het doel van de simulatie is om de volledige evolutie te reproduceren van een universum dat grotendeels uit koude donkere materie bestaat om te zien of het dezelfde structuren produceert die we in het onze zien - van de galactische structuren tot galactische clusters, galactische superclusters en verder.
De meest recente theorieën voorspellen dat ons universum structuren zou moeten hebben op de allergrootste schalen, akoestische baryonoscillaties genaamd. Dit zijn in wezen de overblijfselen van golven in het plasma dat bestond in het zeer vroege universum en die op hun plaats werden bevroren toen ze afkoelden.
Het is duidelijk dat het alleen mogelijk is om deze objecten te modelleren in simulaties die een groot deel van het universum beslaan.
Er zouden ook structuren moeten zijn die de voorlopers zijn van sterrenstelsels. Deze vormden zich toen donkere materie zich vormde tot halo's die vervolgens zichtbare materie aantrokken die vervolgens de sterrenstelsels vormde die we vandaag zien.
Deze structuren zijn te oud en daarom te ver weg om te zien. Maar het moet mogelijk zijn om ze te simuleren in modellen die een significant deel van het heelal bevatten met een zeer hoge resolutie. Tot op heden was dat niet mogelijk, althans niet betrouwbaar, omdat simulaties met een lage resolutie gemakkelijk op onrealistische manieren vertekend kunnen raken. .
Dus de nieuwe simulatie opent de weg om deze objecten voor het eerst in detail te bestuderen. In feite kijken astronomen in deze simulaties alsof ze observeren vanaf een virtuele aarde in het centrum van een virtueel universum. Ze kijken of de simulaties het universum (gemiddeld) reproduceren dat we zien en zo ja, hoe verder weg gelegen waarnemingen met de volgende generatie telescopen eruit zouden moeten zien.
Dat is indrukwekkend. Maar het is duidelijk dat Horizon Run 3 slechts één stap is in een voortdurende race om grotere simulaties van het universum te maken met grotere resoluties. En op een dag zal het er voor toekomstige kosmologen net zo primitief uitzien als Peeble's melkwegclusterloop er vandaag uitziet.
Referentie: arxiv.org/abs/1112.1754 : The New Horizon Run Kosmologische N-Body Simulaties