Υπέρ υπολογιστής προσομοιώνει την εξέλιξη του Σύμπαντος

 

Σε μια από τις μεγαλύτερες κοσμολογικές προσομοιώσεις που έχουν παρουσιαστεί ως σήμερα, υπέρ υπολογιστής του αμερικανικού υπουργείου Ενέργειας μοντελοποιεί την εξέλιξη του Σύμπαντος από τη βρεφική του ηλικία μέχρι σήμερα. Το αποτέλεσμα; Ένας ωκεανός δεδομένων που φτάνει τα 2,5 εκατομμύρια gigabyte.

Ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου του Αργκόν, το οποίο υπάγεται στο υπουργείο Ενέργειας, χρησιμοποίησαν για την προσομοίωση τον υπερυπολογιστή Titan.

Χρησιμοποιώντας λογισμικό που αναπτύχθηκε ειδικά για κοσμολογικές προσομοιώσεις, η ερευνητική ομάδα προσομοίωσε την πορεία του Σύμπαντος από τα 50 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη μέχρι τη σημερινή εποχή.

Πρακτικά, το Σύμπαν χωρίστηκε σε μισό τρισεκατομμύριο κύβους με πλευρά 100.000 χιλιομέτρων ο καθένας, προσφέροντας εντυπωσιακά υψηλή ανάλυση.

Στη βρεφική του ηλικία, το Σύμπαν ήταν ένα γιγάντιο σύννεφο από ελεύθερα άτομα κανονικής ύλη αλλά και από «σκοτεινή ύλη» -ένα υλικό άγνωστης σύστασης που περιέργως αντιστοιχεί στο 84% της μάζας του Σύμπαντος.

Τα μοντέλα των κοσμολόγων δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη ήταν η πρώτη που άρχισε να συσσωματώνεται λόγω της έλξης της βαρύτητας. Σταδιακά συμπυκνώθηκε σε δίσκους, οι οποίοι τελικά τράβηξαν προς το μέρος τους και την κανονική ύλη. Μέχρι και σήμερα, δισεκατομμύρια χρόνια μετά, οι γαλαξίες πιστεύεται ότι περιβάλλονται από αυτά τα «φωτοστέφανα» σκοτεινής ύλης, μέσα στα οποία γεννήθηκαν.

«Η βαρύτητα επιδρά στη σκοτεινή ύλη, η οποία αρχίζει να συσσωματώνεται όλο και περισσότερο. Μέσα στους σβόλους που σχηματίζονται γεννιούνται γαλαξίες» λέει η Κάτριν Χέιτμαν, αστροφυσικός από τους συγγραφείς της δημοσίευσης.

«Είναι μια πολύ πλούσια προσομοίωση» προσθέτει. «Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα δεδομένα για να εξετάσουμε το γιατί οι γαλαξίες συμπυκνώνονται με αυτόν τον τρόπο, καθώς και τη θεμελιώδη φυσική του ίδιου του σχηματισμού κοσμικών δομών» εξηγεί.

Υπήρχε όμως και αρκετό υλικό στο νεαρό Σύμπαν που δεν έπεσε στην παγίδα της σκοτεινής ύλης. Το υλικό αυτό, τεράστιες ποσότητες αερίου, πιστεύεται ότι διατάχθηκε σε μορφή νημάτων τα οποία εκτείνονται ανάμεσα στους γαλαξίες.

Στο σημερινό, ενήλικο Σύμπαν, προβλέπει το κυρίαρχο μοντέλο της Κοσμολογίας, οι γαλαξίες βρίσκονται σήμερα διατεταγμένοι σαν χάντρες πάνω σε έναν «σκελετό» από νήματα που θυμίζει σφουγγάρι, τον λεγόμενο κοσμικό ιστό.

Εκτός του ότι αποκαλύπτει το ρόλο της κοσμικής ύλης στο σχηματισμό του κοσμικού ιστού, αναφέρουν οι ερευνητές σε ανακοίνωσή τους, η προσομοίωση βοηθά τους κοσμολόγους να κατανοήσουν την ακόμα πιο μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδη δύναμη που δρα αντίθετα από τη βαρύτητα και επιταχύνει τη διαστολή του Σύμπαντος.

Πηγή: http://iopscience.iop.org/0067-0049/

Εν Οίδα ότι ουδέν Οίδα

Τα μεγαλύτερα και αδιανόητα «πράγματα» του Σύμπαντος

Με την αστρονομική τεχνολογία να πραγματοποιεί άλματα προόδου, οι επιστήμονες είναι σε θέση να ανακαλύπτουν συνεχώς νέα δεδομένα στο Υπερπέραν, δεδομένα που έρχονται να ανατρέψουν δοξασίες δεκαετιών και να φέρουν τα πάνω-κάτω στην κοσμική έρευνα.

Και ο ίδιος εξάλλου ο όρος «το μεγαλύτερο πράγμα του Διαστήματος» αλλάζει σχεδόν κάθε χρόνο, καθώς νέοι και ακριβέστεροι τρόποι υπολογισμού των αστρονομικών αντικειμένων καλούν σε δραστικές αναπροσαρμογές των μετρήσεών μας.

Την ίδια ώρα φυσικά που κάποια από τα κοσμικά αυτά σώματα είναι τόσο μεγάλα που αποτελούν πονοκέφαλο για την επιστήμη, κάνοντας πολλούς να μιλούν για θεωρητικές κατασκευές χωρίς πρακτικό αντίκρισμα.

Το Μεγάλο Τείχος Σλόαν

Η μεγαλύτερη άλλοτε δομή του Σύμπαντος, όπως πίστεψαν τουλάχιστον οι αστρονόμοι το 2003, όταν χαρτογράφησαν σε μια γιγαντιαία έρευνα 8 ετών εκατοντάδες εκατομμύρια γαλαξίες (το 1/4 του ουρανού!) με σκοπό να βρουν το απολύτως κολοσσιαίο σε κοσμικές διαστάσεις σώμα. Ήταν στις 20 Οκτωβρίου 2003 όταν αστρονόμοι του Πανεπιστημίου Πρίνστον ανακοίνωσαν την ανακάλυψη μιας δομής, γνωστής ως Μεγάλο Τείχος Σλόαν, με μήκος που φτάνει τα 1,38 δισεκατομμύρια έτη φωτός, κατατάσσοντάς τη τον Ιανουάριο του 2013 ως τη μεγαλύτερη κοσμική δομή που έχει ποτέ ανακαλυφθεί στο Σύμπαν.

Πρόκειται για μια σχετικά λεπτή νηματοειδή κατανομή γαλαξιών, γαλαξιακών σμηνών και υπερσμηνών, που σχηματίζει μια σειρά από θηριώδη τείχη γαλαξιών που χωρίζονται από τεράστια κενά στο άδειο Διάστημα. Το μπουκέτο αυτό από υπερσμήνη, που εκτείνεται σε μήκος πάνω από ένα δισεκατομμύριο έτη φωτός, αποτελεί μάλιστα το 5% του μήκους όλου του ορατού Σύμπαντος! Όσο για την απόστασή του από τη Γη, υπολογίζεται σε πάνω από 1 δισ. έτη φωτός.

Έχει υποστηριχθεί ότι τέτοιες επιμήκεις υπερδομές σχηματίστηκαν κατά μήκος κοσμικών ιστών από σκοτεινή ύλη, η οποία υπαγορεύει εξάλλου τον τρόπο που δομείται το Σύμπαν στις μεγαλύτερες κλίμακες. Το Μεγάλο Τείχος Σλόαν αποτελεί αγκάθι στην παραδεδομένη αστρονομική θεωρία, καθώς η μάζα του θα χρειαζόταν δύο τετράκις χρόνια για να φτιαχτεί, πολύ περισσότερο δηλαδή από τις πεποιθήσεις της επιστήμης για την ηλικία του Σύμπαντος. Αλλά και το μέγεθός του αψηφά τις καθιερωμένες αστρονομικές αντιλήψεις, σύμφωνα με τις οποίες τίποτα στο Διάστημα δεν μπορεί να υπερβαίνει τα 1,2 δισ. έτη φωτός. Κι όμως, το Μεγάλο Τείχος Σλόαν θεωρείται σήμερα μόλις το τέταρτο μεγαλύτερο αντικείμενο του Κόσμου.

Η Δομή Μεγάλο LQG

Τα κβάζαρ είναι γαλαξίες που έχουν ένα ενεργό και τρομερά λαμπρό κέντρο λόγω της ισχυρής ακτινοβολίας που αυτό εκπέμπει. Οι ενεργοί γαλαξιακοί αυτοί πυρήνες, που είναι τόσο φωτεινοί σαν δέκα χιλιάδες γαλαξίες μαζί, τροφοδοτούνται από υπερτεράστιες μαύρες τρύπες και παράγουν ενέργεια τουλάχιστον 1.000 φορές μεγαλύτερη από κάθε άλλη κοσμική δομή. Το μεγαλύτερο άλλοτε ουράνιο σώμα που είχε ποτέ ανακαλυφθεί, πλέον κείται στην τρίτη θέση, καθώς όπως είπαμε οι εξελίξεις στην αστρονομία είναι καταιγιστικές.

Το Μεγάλο LQG (Κβαντική Βαρύτητα Βροχών) είναι ένα σμήνος από 73 κβάζαρ που εκτείνεται σε περισσότερα από 4 δισ. έτη φωτός και ανακαλύφθηκε μάλιστα στην ίδια ουράνια έρευνα που απέδωσε το Μεγάλο Τείχος Σλόαν. Για τον υπολογισμό του μεγέθους του χρειάστηκε η δημιουργία νέου αλγορίθμου για τη μέτρηση των κβάζαρ, αν και η ύπαρξή του παραμένει αντικείμενο διαμάχης. Είναι απλώς θεωρητική δομή ή πραγματικό αντικείμενο;

Με διάσταση στα 2.000 μεγαπαρσέκ (60 χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από τον γαλαξία μας) και απόσταση 10 δισ. ετών φωτός από μας, το Μεγάλο LQG συνεχίζει να χωρίζει τους αστρονόμους σε στρατόπεδα, αν και φαίνεται τελικά να προκρίνεται η ύπαρξή του ως αυθύπαρκτη δομή. Αν τα βρουν τελικά, θα είναι το τρίτο μεγαλύτερο αντικείμενο του Σύμπαντος.

Το Τεράστιο Δαχτυλίδι GRB

Λίγα χρόνια πριν, το μεγαλύτερο πράγμα στο Σύμπαν ήταν ένα μυστηριώδες δαχτυλίδι πέντε δισ. ετών φωτός! Σήμερα βέβαια έχει πέσει στη δεύτερη θέση. Πέρα από το γιγαντιαίο μέγεθός του, εξίσου παράξενο είναι και το σχήμα του. Το Τεράστιο Δαχτυλίδι GRB έρχεται μάλιστα σε πλήρη αντίθεση με όλα τα τρέχοντα μοντέλα του Σύμπαντος.

Μέσω της παρατήρησης GRB (Gamma-ray bursts / Εκλάμψεις Ακτινών γ), οι αστρονόμοι κατέγραψαν μια σειρά 9 εκρήξεων ακτινών γ (τεράστιες εκλύσεις ενέργειας, συγκεντρώσεις συμπυκνωμένης ακτινοβολίας γ δηλαδή, που δημιουργούνται όταν ένα άστρο φτάσει στο τέλος της ζωής του), όλες σε σχετικά ίση απόσταση από τη Γη, οι οποίες δημιούργησαν έναν δακτύλιο στον ουρανό κατά 70 φορές μεγαλύτερο από τη διάμετρο της Σελήνης.

Οι Εκλάμψεις Ακτινών γ είναι ένα σπάνιο αστρονομικό φαινόμενο και η πιθανότητα ένα τέτοιο σχήμα να δημιουργήθηκε συμπτωματικά είναι μόλις 1 στις 20.000, κάτι που υποδηλώνει ότι πιθανότατα κάτι υπάρχει εκεί. Τι υπάρχει; Η δεύτερη μεγαλύτερη δομή του Σύμπαντος.

Το δαχτυλίδι των εννέα κατακλυσμιαίων εκλάμψεων απέχει 7 περίπου δισ. έτη φωτός από τη Γη και καλύπτει μια περιοχή του ουρανού πάνω από 70 φορές μεγαλύτερη από τη διάμετρο της πανσελήνου. Αν και ο δακτύλιος δεν είναι παρά ένα επιφαινόμενο, έτσι όπως παρατηρείται από τη Γη, καθώς ότι εκτυλίσσεται στο εσωτερικό του μπορεί να είναι η προβολή μιας σφαίρας στην οποία οι εννιά εκρήξεις ακτινοβολίας γ να απέχουν μεταξύ τους ακόμα και 250 εκατομμύρια χρόνια! Μόνο θεωρίες έχουμε στα χέρια μας γιατί διαμορφώθηκε ένα τόσο μεγάλο σώμα στο Διάστημα.

Το Μεγάλο Τείχος Ηρακλής-Στέφανος Βόρειος

Η σημερινή μεγαλύτερη δομή του Σύμπαντος ανακαλύφθηκε επίσης στο πλαίσιο ερευνών για εκλάμψεις ακτινών γ. Το είπαν Μεγάλο Τείχος Hercules-Corona Borealis και το μήκος του έχει εκτιμηθεί στα 10 δισ. έτη φωτός, κάνοντας το διπλάσιο από το Τεράστιο Δαχτυλίδι GRB!

Η περιοχή ανάμεσα στους αστερισμούς του Ηρακλή και του Στέφανου Βόρειου εμφάνισε μια υψηλή συγκέντρωση εκρήξεων ακτινοβολίας γ, αναγκάζοντας τους αστρονόμους να υποθέσουν ότι η δομή πρέπει να αποτελείται από υψηλή συγκέντρωση σμηνών γαλαξιών.

Το όνομα μάλιστα «Μεγάλο Τείχος Ηρακλής-Στέφανος Βόρειος» το οφείλουμε όχι σε κάποιον επιστήμονα αλλά σε έναν έφηβο συντάκτη της Wikipedia από τις Φιλιππίνες, ο οποίος έσπευσε να το ονομάσει έτσι με το που κυκλοφόρησε η είδηση για την ανακάλυψή του. Είναι η πρώτη φορά που το ίντερνετ ονομάζει ένα αστρονομικό αντικείμενο, παρά το γεγονός ότι τα βαφτίσια δεν είναι καθόλου ακριβή, καθώς το Μεγάλο Τείχος είναι τόσο μεγάλο που καταλαμβάνει αρκετούς ακόμα αστερισμούς.

Αν και οι επιστήμονες δεν πολυασχολήθηκαν με τις περιπέτειες της ονοματοθεσίας καθώς έχουν πολύ μεγαλύτερα προβλήματα στο κεφάλι τους: μια τέτοια υπερδομή ανατρέπει όλα όσα ξέρουμε για το Σύμπαν και τις κοσμογονικές του διεργασίες.

Ο Κοσμικός Ιστός

Οι αστρονόμοι πιστεύουν στην κοσμολογική αρχή ότι η κατανομή ύλης στο Σύμπαν μόνο τυχαία δεν είναι. Το Υπερπέραν είναι ισότροπο και ομογενές και η γέννηση των γαλαξιών ακολουθεί ένα μοντέλο οργάνωσης της ύλης με καθολική ισχύ που μοιάζει με ανάπτυγμα ιστού αράχνης. Το Σύμπαν επιτρέπει ωστόσο κατά την εξέλιξή του την ύπαρξη κάποιων τοπικών ανισοτροπιών, στις οποίες οφείλουμε εξάλλου τόσο τη δημιουργία συγκεκριμένων δομών όσο και την ίδια την ύπαρξή μας. Η παρουσία των ελάχιστων αυτών διακυμάνσεων είναι μάλιστα εμφανής στην ακτινοβολία που λαμβάνουμε από τον απόηχο του Big Bang.

Η κοσμική διάταξη της παρατηρήσιμης ύλης έδωσε ύπαρξη στη θεωρητική κατασκευή του Κοσμικού Ιστού, της ίδιας της ραχοκοκαλιάς του ορατού κόσμου δηλαδή που σχηματίστηκε στα αρχικά στάδια της ιστορίας του Σύμπαντος. Η εξέλιξη του Κοσμικού Ιστού συνεχίζεται μέχρι και τις μέρες μας και πρέπει να τον εκλαμβάνουμε ως έναν ζωντανό ιστό γέννησης και θανάτου γαλαξιών, ακολουθώντας συγκεκριμένα μοντέλα ανάπτυξης.

Πολύ πρόσφατα άρχισαν οι αστρονόμοι να καταλαβαίνουν τις διεργασίες του Κοσμικού Ιστού, αν και πλέον έχουν και φωτογραφίες του, ή μάλλον τον έχουν απαθανατίσει σε εικόνες εκλάμψεων ακτινών γ από μακρινά κβάζαρ. Τα νήματα ύλης και σκοτεινής ύλης πάνω στα οποία δημιουργούνται οι γαλαξίες πιστεύεται ότι ενώνονται μεταξύ τους σε ένα συνεκτικό όλον, τον Κοσμικό Ιστό, τον σκελετό του Σύμπαντος δηλαδή. Παρά τα αρχικά στάδια της κατανόησής μας, ο Κοσμικός Ιστός δεν θα μπορούσε παρά να είναι το μεγαλύτερο συμπαντικό αντικείμενο.