Sejak zaman dahulu lagi, para ahli falsafah dan sarjana telah berusaha untuk menentukan bagaimana kewujudan bermula. Dengan kelahiran astronomi moden, tradisi ini terus berlanjutan dan memunculkan bidang yang dikenali sebagai kosmologi. Dan dengan bantuan pengkomputeran super, saintis dapat melakukan simulasi yang menunjukkan bagaimana bintang dan galaksi pertama terbentuk di Alam Semesta kita dan berkembang selama berbilion tahun.
Sehingga baru-baru ini, kajian yang paling luas dan lengkap adalah simulasi "Illustrus", yang melihat proses pembentukan galaksi selama 13 miliar tahun yang lalu. Berusaha memecahkan rekod mereka sendiri, pasukan yang sama baru-baru ini mula melakukan simulasi yang dikenali sebagai "Illustris, The Next Generation," atau "IllustrisTNG". Pusingan pertama penemuan ini dikeluarkan baru-baru ini, dan beberapa lagi dijangka akan menyusul.
Penemuan ini muncul dalam tiga artikel yang baru diterbitkan di Makluman Bulanan Persatuan Astronomi Diraja. Pasukan Illustris terdiri daripada penyelidik dari Institut Pengajian Teoritis Heidelberg, Institut Max-Planck untuk Astrofizik dan Astronomi, Institut Teknologi Massachusetts, Universiti Harvard, dan Pusat Astrofizik Komputasi di New York.
Menggunakan komputer super Hazel Hen di Pusat Berkomputer Berprestasi Tinggi Stuttgart (HLRS) - salah satu daripada tiga kemudahan superkomputer Jerman bertaraf dunia yang merangkumi Gauss Center for Supercomputing (GCS) - pasukan melakukan simulasi yang akan membantu mengesahkan dan mengembangkan mengenai pengetahuan eksperimental yang ada mengenai tahap awal Alam Semesta - iaitu apa yang berlaku dari 300,000 tahun selepas Big Bang hingga hari ini.
Untuk membuat simulasi ini, pasukan menggabungkan persamaan (seperti Teori Relativiti Umum) dan data dari pemerhatian moden menjadi kubus komputasi besar yang mewakili penampang besar dari Alam Semesta. Untuk beberapa proses, seperti pembentukan bintang dan pertumbuhan lubang hitam, para penyelidik terpaksa bergantung pada andaian berdasarkan pemerhatian. Mereka kemudian menggunakan model berangka untuk menggerakkan Alam Semesta simulasi ini.
Berbanding dengan simulasi sebelumnya, IllustrisTNG terdiri daripada 3 alam semesta yang berlainan pada tiga resolusi yang berbeza - yang terbesar di antaranya berukuran 1 bilion tahun cahaya (300 megaparsec). Sebagai tambahan, pasukan penyelidik memasukkan perakaunan yang lebih tepat untuk medan magnet, sehingga meningkatkan ketepatan. Secara keseluruhan, simulasi menggunakan 24,000 teras pada komputer super Hazel Hen selama 35 juta jam teras.
Seperti yang dijelaskan oleh Prof Dr Volker Springel, profesor dan penyelidik di Heidelberg Institute for Theoretical Studies dan penyelidik utama projek ini, dalam siaran akhbar Gauss Center:
"Medan magnet menarik kerana pelbagai sebab. Tekanan magnetik yang diberikan pada gas kosmik kadang-kadang sama dengan tekanan suhu (suhu), yang bermaksud bahawa jika anda mengabaikan ini, anda akan kehilangan kesan ini dan akhirnya menjejaskan hasil anda. "
Perbezaan utama lain adalah kemasukan fizik lubang hitam yang diperbaharui berdasarkan kempen pemerhatian baru-baru ini. Ini termasuk bukti yang menunjukkan hubungan antara lubang hitam supermasif (SMBH) dan evolusi galaksi. Pada dasarnya, SMBH diketahui mengirimkan sejumlah besar tenaga dalam bentuk jet radiasi dan zarah, yang dapat memberikan kesan penangkapan pada pembentukan bintang di galaksi.
Walaupun para penyelidik pasti mengetahui proses ini semasa simulasi pertama, mereka tidak mengambil kira bagaimana ia dapat menangkap pembentukan bintang sepenuhnya. Dengan memasukkan data terkini pada medan magnet dan fizik lubang hitam dalam simulasi, pasukan melihat korelasi yang lebih besar antara data dan pemerhatian. Oleh itu, mereka lebih yakin dengan hasilnya dan percaya ia merupakan simulasi yang paling tepat setakat ini.
Tetapi seperti yang dijelaskan oleh Dr. Dylan Nelson - seorang ahli fizik dengan Institut Astronomi Max Planck dan ahli TNG lustrik, simulasi masa depan mungkin lebih tepat lagi, dengan andaian kemajuan dalam komputer super berterusan:
"Peningkatan memori dan sumber daya pemprosesan dalam sistem generasi akan datang akan memungkinkan kita untuk mensimulasikan jumlah besar alam semesta dengan resolusi yang lebih tinggi. Jilid besar penting untuk kosmologi, memahami struktur skala besar alam semesta, dan membuat ramalan tegas untuk projek pemerhatian besar generasi akan datang. Resolusi tinggi penting untuk meningkatkan model fizikal proses yang berlaku di dalam galaksi individu dalam simulasi kita. "
Simulasi terbaru ini juga dimungkinkan berkat sokongan luas yang diberikan oleh kakitangan GCS, yang membantu pasukan penyelidik dengan perkara yang berkaitan dengan pengekodan mereka. Ini juga merupakan hasil usaha kolaboratif besar yang mengumpulkan para penyelidik dari seluruh dunia dan memasangkan mereka dengan sumber yang mereka perlukan. Yang terakhir, tetapi tidak kurang pentingnya, ini menunjukkan bagaimana peningkatan kolaborasi antara penyelidikan terapan dan penyelidikan teoritis membawa hasil yang lebih baik.
Ke depan, pasukan berharap hasil simulasi terbaru ini terbukti lebih berguna daripada yang terakhir. Pelepasan data Illustris yang asli memperoleh lebih dari 2,000 pengguna berdaftar dan menghasilkan penerbitan 130 kajian ilmiah. Memandangkan yang ini lebih tepat dan terkini, pasukan menjangkakan bahawa ia akan menemui lebih banyak pengguna dan menghasilkan lebih banyak penyelidikan yang paling baru.
Siapa tahu? Mungkin suatu hari nanti, kita mungkin membuat simulasi yang menangkap pembentukan dan evolusi Alam Semesta kita dengan tepat. Sementara itu, pastikan untuk menikmati video Simulasi Illustris pertama ini, dengan hormat dari ahli pasukan dan ahli fizik MIT, Mark Vogelsberger:
