옛날부터 철학자와 학자들은 존재가 어떻게 시작되었는지 결정하려고 노력해 왔습니다. 현대 천문학의 탄생과 함께,이 전통은 계속되어 우주론으로 알려진 분야를 일으켰습니다. 그리고 슈퍼 컴퓨팅의 도움으로 과학자들은 우주에서 최초의 별과 은하가 어떻게 형성되어 수십억 년 동안 진화했는지를 보여주는 시뮬레이션을 수행 할 수 있습니다.
최근까지 가장 광범위하고 완전한 연구는 "Illustrus"시뮬레이션으로 지난 130 억 년 동안 은하 형성 과정을 살펴 보았습니다. 자신의 기록을 깨기 위해 같은 팀은 최근“Illustris, The Next Generation”또는“IllustrisTNG”로 알려진 시뮬레이션을 수행하기 시작했습니다. 이 발견의 첫 번째 라운드는 최근에 발표되었으며, 더 많은 것들이 뒤따를 것으로 예상됩니다.
이 결과는 최근에 왕립 천문 학회 월간 고지. Illustris 팀은 하이델베르크 이론 연구 연구소, 막스 플랑크 천체 물리 연구소 및 천문학, 매사추세츠 공과 대학, 하버드 대학교, 뉴욕 전산 천체 물리학 센터의 연구원들로 구성되어 있습니다.
가우스 슈퍼 컴퓨팅 센터 (GCS)를 구성하는 세계적 수준의 독일 슈퍼 컴퓨팅 시설 중 하나 인 HLRS (고성능 컴퓨팅 센터 슈투트가르트)에서 Hazel Hen 슈퍼 컴퓨터를 사용하여 팀은 검증 및 확장에 도움이되는 시뮬레이션을 수행했습니다. 우주의 초기 단계, 즉 빅뱅 이후 30 만 년에서 현재까지 일어난 일에 대한 기존 실험 지식에 대해
이 시뮬레이션을 만들기 위해 팀은 일반 상대성 이론과 같은 방정식과 현대 관측치의 데이터를 우주의 큰 단면을 나타내는 거대한 계산 큐브로 결합했습니다. 별 형성 및 블랙홀의 성장과 같은 일부 프로세스의 경우, 연구원들은 관측에 근거한 가정에 의존해야했습니다. 그런 다음 숫자 모델을 사용하여이 시뮬레이션 된 우주를 동작으로 설정했습니다.
기존의 시뮬레이션과 비교하여 IllustrisTNG는 3 가지 해상도로 3 가지 다른 우주로 구성되었습니다. 그 중 가장 큰 것은 10 억 광년 (300 메가 파섹)으로 측정되었습니다. 또한 연구팀은 자기장에 대한보다 정확한 설명을 포함하여 정확도를 향상 시켰습니다. 이 시뮬레이션은 Hazel Hen 슈퍼 컴퓨터에서 총 24,000 개의 코어를 총 3 천 5 백만 코어 시간 동안 사용했습니다.
하이델베르크 이론 연구소의 교수이자 연구원 인이 프로젝트의 수석 연구원 인 Volker Springel 교수는 Gauss Center 보도 자료에서 다음과 같이 설명했다.
“자기장은 다양한 이유로 흥미 롭습니다. 우주 가스에 가해지는 자기 압력은 때때로 열 (온도) 압력과 같을 수 있습니다. 즉,이를 무시하면 이러한 효과를 놓치게되어 결과가 손상 될 수 있습니다.”
또 다른 주요 차이점은 최근 관찰 캠페인을 기반으로 업데이트 된 블랙홀 물리학을 포함시키는 것이 었습니다. 여기에는 초 거대 블랙홀 (SMBH)과 은하 진화 사이의 상관 관계를 보여주는 증거가 포함됩니다. 본질적으로, SMBH는 은하의 항성 형성에 영향을 줄 수있는 방사선 및 입자 제트 형태로 엄청난 양의 에너지를 방출하는 것으로 알려져 있습니다.
연구원들은 첫 번째 시뮬레이션 과정에서이 과정을 확실히 알고 있었지만 별 형성을 완전히 막을 수있는 방법을 고려하지 않았습니다. 시뮬레이션에 자기장과 블랙홀 물리학에 대한 업데이트 된 데이터를 포함시킴으로써 팀은 데이터와 관측치 사이에 더 큰 상관 관계를 보았습니다. 따라서 결과에 더 자신감이 있으며 현재까지 가장 정확한 시뮬레이션을 나타냅니다.
그러나 Max Planck Institute of Astronomy의 물리학 자이자 llustricTNG 회원 인 Dylan Nelson 박사는 다음과 같이 설명했다. 슈퍼 컴퓨터의 발전이 계속 될 경우 미래의 시뮬레이션은 훨씬 더 정확할 것입니다.
“차세대 시스템의 메모리 및 처리 리소스가 증가하면 대량의 우주를 더 높은 해상도로 시뮬레이션 할 수 있습니다. 우주는 우주의 대규모 구조를 이해하고 차세대 대규모 관측 프로젝트에 대한 확고한 예측을하기 위해 우주론에 중요합니다. 시뮬레이션에서 개별 은하 내에서 진행되는 과정의 물리적 모델을 개선하려면 고해상도가 중요합니다.”
이 최신 시뮬레이션은 GCS 직원의 광범위한 지원 덕분에 연구팀이 코딩 관련 문제를 도와 주었기 때문에 가능했습니다. 또한 전 세계의 연구원들을 모아 필요한 자원과 짝을 이루는 대규모 공동 노력의 결과였습니다. 마지막으로, 응용 연구와 이론 연구 간의 협력이 어떻게 향상되어 더 나은 결과를 이끌어 내는지 보여줍니다.
팀은이 최신 시뮬레이션의 결과가 이전보다 훨씬 유용 할 것으로 기대합니다. 최초의 Illustris 데이터 릴리스는 2,000 명 이상의 등록 된 사용자를 얻었으며 130 개의 과학 연구를 발표했습니다. 이것이 더 정확하고 최신 인 것을 감안할 때 팀은 더 많은 사용자를 찾고 훨씬 더 혁신적인 연구 결과를 기대합니다.
누가 알아? 아마도 언젠가 우리는 우주의 형성과 진화를 완전히 정확하게 포착하는 시뮬레이션을 만들 수 있습니다. 그동안, 팀 멤버와 MIT 물리학 자 Mark Vogelsberger가 제공 한 첫 Illustris Simulation 비디오를 즐기십시오.
