138億年に渡る宇宙の詳細なシミュレーション

Tiffany Trader

天体物理学者と宇宙論は、今までで最も包括的かつ詳細な、宇宙の進化の新たなコマ落としシミュレーションを行った。 Illustrisシミュレーションは、宇宙進化の138億年に及び、重力、流体力学、冷却、恒星の数やその他の複雑なプロセスを考慮し、数千の銀河の経過を追跡する。

マサチューセッツ工科大学および他のいくつかの機関からの科学者のチームによって開発され、強力なスーパーコンピュータ上で実行され、モデルはビッグバン直後から現在にまでの138億年に渡る、宇宙の歴史を、今までになく忠実にたどる。

研究チームは、大規模なシミュレーションが再び宇宙の標準理論(訳注：ビッグバンから始まる宇宙の歴史に関する定説)を確認し、銀河の分布と、あらゆる規模の銀河中性水素ガスの豊富さなど、主要な天体観測を、一致していることを報告している。

研究についての論文は、 Nature誌の2014年5月7日号に掲載された。10人の著者は、 MITのほかに、ハーバード•スミソニアン天体物理学センター（CFA ）からの研究者、ドイツの理論的研究のためのハイデルベルク大学、宇宙論のためのカヴリ研究所とケンブリッジの両方の天文学研究所、ボルチモア大学の宇宙望遠鏡科学研究所;プリンストン、ニュージャージー州高等研究所からなる。

さておき、それ自体が素晴らしい成果であることから、 Illustrisは銀河の特定が成長する速度に重要な洞察を提供している。

「いくつかの銀河は、より楕円形であり、いくつかは、より天の川のようなもので、 螺旋、ディスク型銀河をもあります。」Naturに掲載された論文の第一筆者で、MITの物理学准教授である Mark Vogelsberger 氏は述べています。 「宇宙にある割合があります。我々は、正しい比率を取得でき、それは前に達成されませんでした。 」

モデルはまた、超新星や他の現象によって発生し、宇宙に再分配する物質の傾向についての手がかりを提供している。この発見は、宇宙望遠鏡、例えばNASAのWFIRST、欧州宇宙機関のEUCLIDの計画を用いて観測対象を微調整するために使用できる。

Illustrisは41416銀河を含むことが見出されている幅3.5億光年の宇宙のかなりの量を扱っている。 大量のデータ計算には、Harvard OdysseyおよびCFA / ITCクラスタ、テキサス先端計算センターのRangerとStampedeスーパーコンピュータ、 CEA /フランスのCURIEスーパーコンピュータ、とドイツのライプニッツティングセンターのSuperMUCコンピュータを含む、複数の計算センターを数ヶ月使った。最大のランは8192計算コアを組み込み、 1900万のCPU時間に及んだ。もし現在最高のデスクトップPCを使えば、全体のシミュレーションを実行するために2000年を要するであろう。

シミュレーションの複雑さを増すのは、120億の「解像度要素」である。これを研究者らは可能にした。 「小さなスケールと大スケールで観測データとの整合性がありました。」と 、 Vogelsbergerは断言した。このような密接な一致は研究の正しさの検証として機能します。

Illustris広さと忠実度の両方で、以前の成果から進歩した。その前身、Milleniumは、暗黒物質集団の進化だけを追跡できた。通常の物質と銀河は、アドホックなアプローチで付け加えられた。しかしIllustrisシミュレーションは最初から普通の問題が組み込まれてる。かつての可視化は、比較的穏やかな、探していたところ、 Illustrisは銀河の中心にある巨大ブラックホールから出るガスの熱風を含む、爆発が詰まっている。これらの吐出は、星形成のブレーキとして作用する銀河形成の本質的な部分である。

マックス・プランク研究所の天体物理学者Simon White氏は、Millenimumシミュレーションに取り組んでいて、説明する。Illustrisは、宇宙の代表セグメントをキャプチャするのに十分な大きさとも十分きめ細かいある最初のシミュレーションである。個々の銀河を組み込む。 「それは新しいもので、これらの二つの組み合わせです。」と彼はScienceに伝えている。

スーパーコンピューティングパワーの進歩によって、3.5億光年の広がりとさらなる特徴を処理する、シミュレーションをが可能になった。 「我々が観測している物と同様な、楕円銀河と螺旋銀河を含む宇宙の混合物を作れました。しかし、数値誤差と不完全な物理モデルのために、楕円銀河と螺旋銀河の割合は再現できませんでした。宇宙の塊(cosmic web)をおおむね再現できました。」研究チームは、Natureの論文で説明している。