Satu pasukan astrofizik baru sahaja menghasilkan miliaran 8 juta universiti yang unik di dalam superkomputer dan membiarkan mereka berevolusi dari sekadar tudung ke geezers lama. Matlamat mereka? Untuk menekan peranan bahawa bahan yang tidak kelihatan yang dipanggil perkara gelap dimainkan dalam kehidupan alam semesta kita sejak Big Bang dan apa yang dimaksudkan untuk nasib kita.
Setelah mengetahui bahawa alam semesta kita kebanyakannya terdiri daripada masalah gelap pada akhir 1960-an, saintis telah membuat spekulasi mengenai peranannya dalam pembentukan galaksi dan kemampuan mereka untuk melahirkan bintang-bintang baru dari masa ke masa.
Menurut teori Big Bang, tidak lama selepas alam semesta dilahirkan, bahan fizik yang tidak kelihatan dan sukar difahami telah dijuluki perkara gelap mula bergumpalah bersama oleh kekuatan graviti ke awan besar yang disebut halo hal gelap. Ketika haloos semakin besar, mereka menarik gas hidrogen yang jarang menyerap alam semesta untuk berkumpul dan membentuk bintang dan galaksi yang kita lihat hari ini. Dalam teori ini, perkara gelap bertindak sebagai tulang belakang galaksi, yang menentukan bagaimana mereka membentuk, bergabung dan berkembang dari masa ke masa.
Untuk lebih memahami bagaimana bahan gelap membentuk sejarah alam semesta ini, Peter Behroozi, penolong profesor astronomi di University of Arizona, dan pasukannya mencipta alam semesta sendiri menggunakan superkomputer sekolah. Proses 2,000 komputer berfungsi tanpa berhenti seketika selama tiga minggu untuk mensimulasikan lebih daripada 8 juta alam semesta yang unik. Setiap alam semesta secara individu mematuhi satu set peraturan yang unik untuk membantu para penyelidik memahami hubungan antara materi gelap dan evolusi galaksi.
"Di komputer, kita boleh membuat banyak alam semesta yang berbeza dan membandingkannya dengan yang sebenar, dan itu membolehkan kita menyimpulkan peraturan yang membawa kepada yang kita lihat," kata Behroozi dalam satu kenyataan.
Walaupun simulasi sebelum ini menumpukan pada pemodelan galaksi tunggal atau menjana alam semesta yang palsu dengan parameter yang terhad, UniverseMachine adalah skop pertama. Program ini secara berterusan mencipta berjuta-juta alam semesta, masing-masing mengandungi 12 juta galaksi, dan masing-masing dibenarkan berevolusi hampir seluruh sejarah alam nyata dari 400 juta tahun selepas Big Bang hingga sekarang.
"Persoalan besar ialah, 'Bagaimana bentuk galaksi?'" Kata penyelidik penyelidik Risa Wechsler, seorang profesor fizik dan ahli astrofisika di Stanford University. "Perkara yang sangat baik tentang kajian ini ialah kita boleh menggunakan semua data yang kita ada mengenai evolusi galaksi - bilangan galaksi, berapa bintang yang mereka ada dan bagaimana mereka membentuk bintang-bintang itu - dan letakkannya bersama-sama dengan gambaran yang komprehensif yang terakhir 13 bilion tahun alam semesta. "
Mewujudkan replika alam semesta kita, atau bahkan galaksi, memerlukan jumlah kuasa pengkomputeran yang tidak dapat diterangkan. Jadi Behroozi dan rakan-rakannya menyempitkan tumpuan mereka kepada dua sifat utama galaksi: jisim gabungan bintang mereka dan kadar di mana mereka melahirkan anak-anak yang baru.
"Simulasi galaksi tunggal memerlukan 10 hingga operasi pengkomputeran ke-48," kata Behroozi, merujuk kepada operasi octillion, atau 1 diikuti dengan 48 nol. "Semua komputer di Bumi digabungkan tidak dapat melakukan ini dalam masa seratus tahun. Jadi untuk meniru satu galaksi tunggal, apatah lagi 12 juta, kita terpaksa melakukan ini secara berbeza."
Oleh kerana program komputer membangkitkan alam semesta baru, ia meneka bagaimana kadar pembentukan bintang galaksi berkaitan dengan umurnya, interaksinya yang lalu dengan galaksi lain dan jumlah bahan gelap dalam haloinya. Ia kemudian membandingkan setiap alam semesta dengan pemerhatian sebenar, menyempurnakan parameter fizikal dengan setiap lelaran untuk menyamai realiti yang lebih baik. Hasil akhirnya adalah semesta hampir sama dengan kita sendiri.
Menurut Wechsler, hasil mereka menunjukkan bahawa kadar di mana galaksi melahirkan bintang-bintang terhubung erat dengan jisim halau gelap mereka. Galaxies dengan masalah gelap halo yang paling hampir sama dengan Bima Sakti kita sendiri mempunyai kadar pembentukan bintang tertinggi. Dia menjelaskan bahawa pembentukan bintang disekat dalam galaksi yang lebih besar dengan banyak lubang hitam
Pemerhatian mereka juga mencabar kepercayaan lama bahawa bahan gelap menghalang pembentukan bintang di alam semesta awal.
"Apabila kita kembali awal dan lebih awal di alam semesta, kita akan mengharapkan benda gelap menjadi lebih padat, dan oleh itu gas akan semakin panas dan lebih panas. Ini tidak baik untuk pembentukan bintang, jadi kami berpendapat bahawa banyak galaksi di awal alam semesta sepatutnya telah berhenti membentuk bintang lama dahulu, "kata Behroozi. "Tetapi kami mendapati yang sebaliknya: Galaksi saiz tertentu lebih cenderung membentuk bintang pada kadar yang lebih tinggi, bertentangan dengan jangkaan."
Kini, pasukan itu merancang untuk memperluaskan UniverseMachine untuk menguji lebih banyak cara perkara gelap mungkin mempengaruhi sifat-sifat galaksi, termasuk bagaimana bentuknya berubah, jisim lubang hitam mereka dan seberapa kerap bintang mereka menjadi supernova.
"Bagi saya, perkara yang paling menarik ialah kita kini mempunyai model di mana kita boleh mula bertanya semua soalan-soalan ini dalam rangka yang berfungsi," kata Wechsler. "Kami mempunyai model yang cukup pengkomputeran yang cukup, bahawa kita boleh mengira keseluruhan alam semesta dalam sekejap kemudian kita mampu melakukan berjuta-juta kali dan meneroka semua ruang parameter."
Kumpulan penyelidikan menerbitkan keputusan mereka dalam edisi September jurnal Notis Bulanan Persatuan Astronomi Diraja.
