Astrofizičari iz Hajdelberga i Garhinga kod Minhena (Bavarska, Nemačka) u saradnji sa američkim kolegama su uspeli da bace novo svetlo na oblast proučavanja evolucije i formiranja galaksija. Novi proračuni pokazuju kakav je uticaj crnih rupa na distribuciju tamne materije a takođe i na stvaranje i distribuciju teških elemenata u vasioni kao i na poreklo magnetnih polja. Rezultati proučavanja predstavljaju plod razvoja novog sveobuhvatnog računarskog modela vasione. Objavljeni su prvi rezultati "IllustrisTNG" projekta u okviru tri članka u žurnalu Monthly Notices Kraljevskog Astronomskog Društva, Royal Astronomical Society. Najnoviji nalazi bi trebalo da pomognu u pronalaženju odgovora na fundamentalna kosmološka pitanja.
Slika 1. Jedan tanki presek kosmičke strukture na velikim skalama u najvećoj trodimenzionalnoj simulaciji IllustrisTNG projekta. Sjaj slike odgovara gustini materije dok boja ilustruje srednju temperaturu gasa obične (barionske) materije. Na slici je prikazan prostor veličine 1,2 milijarde svetlosnih godina od leve do desne ivice. Simulacija koja je dovela do slike predstavlja do sada najveću magneto – hidrodinamičku simulaciju galaksija u nastajanju i sadrži u sebi preko 30 milijardi elemenata zapremine i čestica. © IllustrisTNG collaboration
Svaka galaksija sadrži supermasivnu crnu rupu u svom centru, veoma moćnog i okrutnog gospodare okolne materije, vremena i prostora. Najnoviji računarski model nam otkriva globalni uticaj pomenutih džinovskih gravitacionih čudovišta na najveće strukture celokupne vasione. Najbitnije je napomenuti da simulacije polaze od nekih osnovnih zakona fizike i uspešno prikazuju evoluciju vasione od početka, odnosno od Velikog praska što je prvi put da se uspelo u tome.
Slika 2. Slikoviti prikaz brzina gasa u jednom tankom preseku debljine 100 kiloparseka (u pravcu posmatranja) centriranog na poziciju drugog masivnog galaktičkog jata TNG100 izračunatog u simulaciji. Tamne oblasti predstavljaju regione unutar kojih gas jedva da se i kreće dok su one bele sa brzinama koje prelaze 1000 kilometara u jednoj sekundi. Slika pokazuje kontrastu kretanja gasa u vlaknu u odnosu na onaj gas u haotičnom stanju pobuđen dubokom gravitacionom jamom supermasivne crne rupe koja se nalazi u centru slike. © IllustrisTNG collaboration
Sasvim stvarna vasiona - pravo iz kompjutera
IllustrisTNG nam simulacijama ukazuje na kosmičke tvorevine u presečnim tačkama mreži vlakana gasova i tamne materije i koje su po svom obliku i veličini sasvim slične stvarnim galaksijama. Ovo je po prvi put da nam nekakva računarska izračunavanja hidrodinamičkih modela detaljno prikazuje nekakve galaktičke formacije koje odgovaraju galaktičkim jatima u vasioni. Posmatrački podaci dobijeni najnovijom Velikom pretragom neba su u velikoj meri saglasni sa rezultatima dobijenim gore navedenim simulacijama: rezultati računa predstavljaju nešto što sasvim odgovara stvarnom stanju u nama poznatoj vasioni. Čak šta više, računarski proračuni nam omogućuju da predvidimo razvoj kosmičke mreže vlakana tokom vremena a posebno onaj deo za koji smatramo da predstavlja svojevrsnu "kičmu" tamne materije u vasioni. Profesor Volker Springel (HIPS,MPA, Univerzitet Hajdelberg) i vodeći istraživač studije naglašava: "Posebno je fascinantno koliko smo u stanju da tačno predvidimo uticaj koje supermasivne crne rupe imaju na distribuciju tamne materije na velikim skalama vasione. To je od krucijalnog značaja za predstojeća kosmološka merenja."
Najznačajnija transformacija u životnom ciklusu neke galaksije
U jednoj drugoj studiji, doktor Dilan Nelson (MPA) je pokazao kakav je značaj crnih rupa na galaksije. Maime, galaksije sa visokom stopom formiranja novih zvezda sijaju pretežno plavom bojom sve do iznenadne evolutivne promene koja tu stopu snizi pri čemu galaksijom preovladaju stare zvezde crvenog sjaja a cela galaksija završi na svojevrsnom "groblju" punom "crvenih i mrtvih" galaksija. Profesor Nelson objašnjava kako su supermasivne crne rupe u središtima eliptičnih galaksije jedine u stanju da izvedu gore opisanu evolutivni promenu. U daljem objašnjenju, ultrabrzi tokovi materije prouzrokovani supermasivnim crnim rupama dovode do takvog ubrzanja da brzina materije dostiže jednu desetinu brzine svetlosti i ima presudan uticaj na džinovske zvezdane sisteme i gubitak mase oblaka gas u njima u odnosu na uticaj uporedivih po gravitaciji malih crnih rupa.
Gde to zvezde zasijaju? Nova otkrića o strukturama galaksija
IllustrisTNG takođe istraživačima pomaže u sagledavanju hijerarhijske strukture formiranja neke galaksije. Teoretičari smatraju da su se verovatno prvo formirale male galaksije dok su veći objekti nastali međusobnim gravitacionim privlačenjem tih malih galaksija tokom vremena. Nisu se sva privlačenja sretno završila jer su brojni sudari galaksija doveli do toga da su se neke galaksije bukvalno raspale pri čemu bi trebalo da su njihove raspršene zvezde završile u širokim orbitama oko novoformiranih velikih galaksija. Ukoliko je gore opisani proces stvaran, mi bi danas trebalo da uočimo taman sjaj tih zvezda u pozadini velikih galaksija. Nažalost, površinski sjaj takvih objekata je isuviše nizak da bi bio dostupan direktnim posmatranjima. Tu na scenu stupa IllustrisTNG koji kroz simulacije omogućuje istraživačima da predvide posmatračke podatke, odnosno da uputi astronome na šta bi trebali da obrate pažnju u obradi podataka dobijenih posmatranjem. Doktorica Analiza Pilepič (MPIA) novi predvodnik studije u IllustrisTNG istraživanjima naglašava da se rezultati studije sada mogu sistematski proveriti od strane posmatrača. Dalje u navodu, rezultat provere će predstavljati kritičan test za teorijski model hijerarhijske strukture formiranja galaksije.
Astrofizika uz pomoć specijalnog koda i superkompjutera
Za potrebe rada na projektu, istraživači su razvili posebno moćnu verziju njihovog ranije razvijenog koda AREPO radi efikasnog izvršavanja na procesorima Hazel Hen machine u Računarskom Centru Visokih Performansi Štutgart. Navedeni superkompjuter trenutno predstavlja najsnažniji nemački mejnfrejm računar i rangiran je među prvih devetnaest u Top500. IllustrisTNG je najveći hidrodinamički simulatorski projekat današnjice i namenjen je istraživnju struktura u vasioni. Preko 24000 procesora je vršilo izračunavanja duže od dva meseca za jedan prolazak kroz simulaciju. Rezultat je impozantan i prikazuje evolutivni razvoj miliona galaksija u reprezentativnom delu vasione u prečniku od približno jedne milijarde svetlosnih godina. "Zahvaljujući računarskom vremenu dobijenom od strane Nemačkog Gaus Centra za Superkompjuterska izračunavanja, mi smo premašli sve dosadašnje granice u ovoj astrofizičkoj oblasti" objašnjava Volker Springel. Volker dodaje:"Nove simulacije su generisale više od 500 terabajta podataka. Analiza tolike količine podataka će nas držati zauzetim u predstojećim godinama i obećavajući su što se tiče mnogih novih otkrića u oblasti astrofizike".
Prevod i adaptacija: Laslo Kočmaroš 11.02.2018.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
