천체 물리학 자 팀이 슈퍼 컴퓨터에 8 백만 개의 고유 한 우주를 만들어 내고, 단지 괴짜에서 오래된 간헐천으로 진화하게했습니다. 그들의 목표는? 암흑 물질이라는 보이지 않는 물질이 빅뱅 이후 우주의 삶에서 어떤 역할을했는지, 그리고 그것이 운명의 의미가 무엇인지를 알아 내기 위해.
우리 우주는 1960 년대 후반에 대부분 암흑 물질로 구성되어 있음을 발견 한 후, 과학자들은 은하 형성에서의 역할과 시간이 지남에 따라 새로운 별을 낳을 수있는 능력에 대해 추측 해 왔습니다.
빅뱅 이론에 따르면 우주가 태어나고 얼마 지나지 않아 보이지 않는 애매한 물리학 자들은 암흑 물질을 중력의 힘에 의해 암흑 물질 후광이라고 불리는 거대한 구름으로 뭉치기 시작했다. 후광의 크기가 커짐에 따라 그들은 우주에 스 프레스 수소 가스를 모아 오늘날 우리가 보는 별과 은하를 형성했습니다. 이 이론에서 암흑 물질은 은하의 중추 역할을하여 시간이 지남에 따라 어떻게 형성, 병합 및 진화 하는지를 지시합니다.
애리조나 대학교의 천문학 조교수 인 피터 베로 지 (Peter Behroozi)와 그의 팀은 암흑 물질이이 우주의 역사를 어떻게 형성했는지를 더 잘 이해하기 위해 학교의 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 자신 만의 우주를 만들었습니다. 이 컴퓨터의 2,000 개의 프로세서는 3 주 동안 중단없이 8 백만 개가 넘는 고유 한 유니버스를 시뮬레이션했습니다. 각 우주는 연구자들이 암흑 물질과 은하의 진화 사이의 관계를 이해하는 데 도움이되는 독특한 규칙을 따랐다.
Behroozi는 성명에서 "컴퓨터에서 많은 우주를 만들어 실제 우주와 비교할 수 있으며,이를 통해 어떤 규칙이 우리가 보는 것을 유도하는지 알 수있다"고 말했다.
이전의 시뮬레이션은 단일 은하의 모델링이나 제한된 매개 변수로 모의 우주를 생성하는 데 중점을 두었지만 UniverseMachine은 그 범위 중 첫 번째입니다. 이 프로그램은 각각 1 천 2 백만 개의 은하를 포함하는 수백만 개의 우주를 만들어 냈으며, 각각은 빅뱅 이후 4 억년 후부터 오늘날까지 실제 우주의 거의 모든 역사에서 진화 할 수있었습니다.
스탠포드 대학의 물리 및 천체 물리학 교수 리사 웨 슬러 (Risa Wechsler)는“큰 문제는 '은하가 어떻게 형성 되는가?'이다. "이 연구에 대한 정말 멋진 점은 우리가 은하 진화에 관한 모든 데이터, 은하의 수, 얼마나 많은 별을 가지고 있고 별을 형성하는 방법을 사용할 수 있다는 것입니다. 130 억 년의 우주. "
우리 우주 또는 은하계의 복제품을 만들려면 계산할 수없는 양의 컴퓨팅 능력이 필요합니다. 그래서 베로 지와 그의 동료들은 은하의 두 가지 주요 속성, 즉 별의 결합 된 질량과 새로운 별을 낳는 속도로 초점을 좁혔습니다.
Behroozi는 "하나의 은하를 시뮬레이션하려면 10 ~ 48 번째 컴퓨팅 작업이 필요합니다."라고 설명합니다. "지구상의 모든 컴퓨터가 100 년 만에이 작업을 수행 할 수 없었습니다. 따라서 1 천만 대는 물론 단일 은하계를 시뮬레이션하기 위해서는 다르게해야했습니다."
컴퓨터 프로그램이 새로운 우주를 만들어 낼 때, 은하의 별 형성 속도가 나이, 다른 은하와의 과거 상호 작용 및 후광의 암흑 물질의 양과 어떤 관련이 있는지 추측합니다. 그런 다음 각 우주를 실제 관측치와 비교하여 모든 반복으로 실제 매개 변수를 미세 조정하여 현실과 더 잘 일치시킵니다. 최종 결과는 우리와 거의 동일한 우주입니다.
Wechsler에 따르면, 그 결과는 은하가 별을 낳는 속도가 암흑 물질 후광의 질량과 밀접하게 연결되어 있음을 보여 주었다. 우리 자신의 은하수와 가장 유사한 암흑 물질 후광 질량을 갖는 은하들은 별 형성 속도가 가장 높았다. 그녀는 블랙홀이 풍부하여 더 큰 은하에서 별이 형성된다고 설명했다.
그들의 관측은 또한 암흑 물질이 초기 우주에서 별 형성을 방해한다는 오랜 믿음에 도전했다.
"우리가 우주에서 더 일찍 그리고 더 일찍 되돌아 갈 때, 우리는 암흑 물질이 더 밀도가 높아지고 가스가 점점 더 뜨거워 질 것으로 예상합니다. 이것은 별 형성에 좋지 않기 때문에, 우리는 초기에 많은 은하들이라고 생각했습니다 오래 전부터 우주는 별 형성을 중단해야했을 것”이라고 Behroozi는 말했다. 그러나 우리는 그 반대를 발견했다. 주어진 크기의 은하들은 기대와 달리 더 높은 속도로 별을 형성 할 가능성이 더 높다”고 말했다.
이제이 팀은 우주 물질을 확장하여 암흑 물질의 모양이 어떻게 진화하는지, 블랙홀의 질량, 별이 초신성을 얼마나 자주하는지 등 은하의 특성에 영향을 줄 수있는 방법을 테스트 할 계획입니다.
Wechsler는“제게 가장 흥미로운 점은 이제 모든 프레임 워크에서 이러한 모든 질문을 시작할 수있는 모델이 있다는 것입니다. "우리는 계산 비용이 충분히 저렴한 모델을 가지고 있으며, 약 1 초 안에 전체 우주를 계산할 수 있습니다. 그런 다음 수백만 번을 수행하고 모든 매개 변수 공간을 탐색 할 여유가 있습니다."
연구 그룹은 Royal Astronomical Society의 월간지 저널 9 월호에 결과를 발표했다.
