ตั้งแต่กาลเวลานักปรัชญาและนักวิชาการได้พยายามที่จะกำหนดวิธีการเริ่มต้นการดำรงอยู่ ด้วยการกำเนิดของดาราศาสตร์สมัยใหม่ประเพณีนี้มีขึ้นอย่างต่อเนื่องและก่อให้เกิดฟิลด์ที่เรียกว่าจักรวาลวิทยา และด้วยความช่วยเหลือของซูเปอร์คอมพิวเตอร์นักวิทยาศาสตร์สามารถทำการจำลองซึ่งแสดงให้เห็นว่าดาวดวงแรกและกาแลกซี่เกิดขึ้นในเอกภพของเราอย่างไรและวิวัฒนาการมาตลอดระยะเวลาหลายพันล้านปี
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้การศึกษาที่กว้างขวางและสมบูรณ์ที่สุดคือการจำลอง“ Illustrus” ซึ่งศึกษากระบวนการสร้างกาแลคซีในช่วง 13 พันล้านปีที่ผ่านมา การพยายามทำลายสถิติของตัวเองเมื่อไม่นานมานี้ทีมเดียวกันได้เริ่มทำการจำลองสถานการณ์ที่เรียกว่า“ Illustris, The Next Generation” หรือ“ IllustrisTNG” รอบแรกของการค้นพบนี้ได้รับการเผยแพร่เมื่อเร็ว ๆ นี้และคาดว่าจะมีอีกหลายรอบ
การค้นพบนี้ปรากฏในสามบทความที่ตีพิมพ์เมื่อเร็ว ๆ ประกาศรายเดือนของสมาคมดาราศาสตร์. ทีม Illustris ประกอบด้วยนักวิจัยจากสถาบันไฮเดลเบิร์กเพื่อการศึกษาเชิงทฤษฎี, สถาบัน Max-Planck สำหรับดาราศาสตร์และดาราศาสตร์, สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์, มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและศูนย์ดาราศาสตร์ฟิสิกส์เชิงคำนวณในนิวยอร์ก
การใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Hazel Hen ที่ศูนย์คอมพิวเตอร์ประสิทธิภาพสูงสตุ๊ตการ์ต (HLRS) - หนึ่งในสามของโรงซูเปอร์คอมพิวเตอร์เยอรมันระดับโลกที่ประกอบด้วย Gauss Center for Supercomputing (GCS) - ทีมดำเนินการจำลองที่จะช่วยในการตรวจสอบและขยาย เกี่ยวกับความรู้ทดลองที่มีอยู่เกี่ยวกับระยะแรกสุดของจักรวาล - คือสิ่งที่เกิดขึ้นจาก 300,000 ปีหลังจากบิกแบงจนถึงปัจจุบัน
ในการสร้างแบบจำลองนี้ทีมได้รวมสมการ (เช่นทฤษฎีสัมพัทธภาพทั่วไป) และข้อมูลจากการสังเกตที่ทันสมัยไปสู่ลูกบาศก์การคำนวณขนาดใหญ่ที่แสดงถึงส่วนข้ามขนาดใหญ่ของจักรวาล สำหรับกระบวนการบางอย่างเช่นการก่อตัวดาวฤกษ์และการเติบโตของหลุมดำนักวิจัยถูกบังคับให้ต้องพึ่งพาสมมติฐานจากการสังเกตการณ์ จากนั้นพวกเขาใช้แบบจำลองเชิงตัวเลขเพื่อสร้างจักรวาลจำลองขึ้นมา
เมื่อเปรียบเทียบกับการจำลองก่อนหน้านี้ IllustrisTNG ประกอบด้วยจักรวาลที่แตกต่างกัน 3 แบบที่ความละเอียดต่างกันสามแบบซึ่งใหญ่ที่สุดซึ่งวัดได้ 1,000 ล้านปีแสง (300 ล้านพิกเซล) ทั่วทั้งโลก นอกจากนี้ทีมวิจัยยังรวมการบัญชีที่แม่นยำยิ่งขึ้นสำหรับสนามแม่เหล็กซึ่งช่วยปรับปรุงความแม่นยำ โดยรวมแล้วการจำลองนั้นใช้ 24,000 แกนในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Hazel Hen รวม 35 ล้านชั่วโมงแกน
ในฐานะศ. ดร. วอลเคอร์สปริงเซลศาสตราจารย์และนักวิจัยของสถาบันไฮเดลเบิร์กเพื่อการศึกษาเชิงทฤษฎีและนักวิจัยหลักในโครงการอธิบายในการแถลงข่าวของเกาส์เซ็นเตอร์:
“ สนามแม่เหล็กมีความน่าสนใจด้วยเหตุผลหลายประการ ความดันสนามแม่เหล็กที่กระทำกับแก๊สคอสมิคอาจเท่ากับความดันความร้อน (อุณหภูมิ) ซึ่งหมายความว่าหากคุณละเลยสิ่งนี้คุณจะพลาดผลกระทบเหล่านี้และประนีประนอมผลของคุณในที่สุด”
ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งคือการรวมฟิสิกส์หลุมดำที่ได้รับการปรับปรุงตามแคมเปญการสังเกตการณ์ล่าสุด ซึ่งรวมถึงหลักฐานที่แสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์ระหว่างหลุมดำมวลมหาศาล (SMBHs) กับวิวัฒนาการกาแลคซี ในสาระสำคัญ SMBH เป็นที่รู้จักกันในการส่งพลังงานจำนวนมหาศาลในรูปแบบของการแผ่รังสีและไอพ่นของอนุภาคซึ่งสามารถมีผลต่อการก่อตัวดาวฤกษ์ในกาแลคซี
ในขณะที่นักวิจัยได้รับรู้ถึงกระบวนการนี้อย่างแน่นอนในระหว่างการจำลองครั้งแรกพวกเขาไม่ได้คำนึงถึงว่ามันสามารถจับการก่อตัวดาวได้อย่างสมบูรณ์ โดยการรวมข้อมูลที่อัปเดตไว้ทั้งสนามแม่เหล็กและฟิสิกส์หลุมดำในการจำลองทีมเห็นความสัมพันธ์ระหว่างข้อมูลและการสังเกตที่มากขึ้น พวกเขามีความมั่นใจมากขึ้นกับผลลัพธ์และเชื่อว่ามันเป็นการจำลองที่แม่นยำที่สุดจนถึงปัจจุบัน
แต่ในขณะที่ดร. ดีแลนเนลสันนักฟิสิกส์จากสถาบันดาราศาสตร์แห่งแมกซ์พลังค์และสมาชิก llustricTNG ได้อธิบายว่าการจำลองในอนาคตน่าจะแม่นยำยิ่งขึ้นโดยสมมติว่าความก้าวหน้าในซูเปอร์คอมพิวเตอร์ยังคงดำเนินต่อไป:
“ หน่วยความจำที่เพิ่มขึ้นและทรัพยากรการประมวลผลในระบบยุคหน้าจะช่วยให้เราจำลองปริมาณของจักรวาลที่มีความละเอียดสูงขึ้น ปริมาตรขนาดใหญ่มีความสำคัญต่อจักรวาลวิทยาการทำความเข้าใจโครงสร้างขนาดใหญ่ของจักรวาลและการคาดการณ์ที่มั่นคงสำหรับโครงการสังเกตการณ์รุ่นต่อไป ความละเอียดสูงเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการปรับปรุงแบบจำลองทางกายภาพของกระบวนการที่เกิดขึ้นภายในกาแลคซีแต่ละแห่งในแบบจำลองของเรา”
การจำลองล่าสุดนี้เกิดขึ้นได้ด้วยการสนับสนุนอย่างกว้างขวางจากเจ้าหน้าที่ GCS ผู้ช่วยทีมวิจัยในเรื่องที่เกี่ยวข้องกับการเข้ารหัส นอกจากนี้ยังเป็นผลมาจากความพยายามร่วมกันครั้งใหญ่ที่รวบรวมนักวิจัยจากทั่วโลกและจับคู่กับทรัพยากรที่พวกเขาต้องการ สุดท้าย แต่ไม่ท้ายสุดมันแสดงให้เห็นว่าความร่วมมือที่เพิ่มขึ้นระหว่างการวิจัยประยุกต์และการวิจัยเชิงทฤษฎีนำไปสู่ผลลัพธ์ที่ดีขึ้นได้อย่างไร
มองไปข้างหน้าทีมหวังว่าผลลัพธ์ของการจำลองล่าสุดนี้พิสูจน์ให้เห็นว่ามีประโยชน์มากกว่าครั้งที่แล้ว การเผยแพร่ข้อมูล Illustris ดั้งเดิมได้รับผู้ใช้งานที่ลงทะเบียนแล้วกว่า 2,000 รายและส่งผลให้มีการเผยแพร่การศึกษาทางวิทยาศาสตร์ 130 เรื่อง เนื่องจากสิ่งนี้มีความแม่นยำและเป็นปัจจุบันมากขึ้นทีมคาดว่าจะพบผู้ใช้มากขึ้นและส่งผลให้มีการวิจัยที่ก้าวล้ำมากยิ่งขึ้น
ใครจะรู้? บางทีสักวันหนึ่งเราอาจสร้างแบบจำลองที่รวบรวมการก่อตัวและวิวัฒนาการของจักรวาลของเราอย่างแม่นยำ ในระหว่างนี้ให้แน่ใจว่าได้เพลิดเพลินกับวิดีโอของ Illustris Simulation ครั้งแรกความอนุเคราะห์ของสมาชิกในทีมและนักฟิสิกส์ MIT Vogelsberger:
