Суперкомп’ютер звернув назад космічний годинник

Наш Всесвіт виник близько чотирнадцяти мільярдів років тому в результаті катастрофічної події – Великого вибуху. У момент свого народження він була крихітним, але потім розширився до своїх нинішніх розмірів. Те, яким був Всесвіт в перші частки секунди після Великого вибуху давно цікавить учених але мільярди років його еволюції, можна сказати, загнали їх в глухий кут. Нещодавно за допомогою суперкомп’ютера міжнародній команді дослідників вдалося повернути час назад і визначити, як виглядав Всесвіт у момент свого народження.

В ході нового дослідження міжнародна команда астрономів протестувала новий метод реконструкції стану раннього Всесвіту, застосувавши його до 4000 змодельованих Всесвітів за допомогою суперкомп’ютера ATERUI II Національної астрономічної обсерваторії Японії. Результати дослідження показали, що застосований метод спільно з новими спостереженнями дозволить вченим накласти суворіші обмеження на інфляцію – один з найзагадковіших процесів в історії космосу.

Як галактики розподіляються по Всесвіту?

Після народження Всесвіту приблизно 13,8 мільярдів років тому, він різко збільшився в розмірах, причому відбувалося це на протязі менш ніж однієї трильйонної трильйонної частки мікросекунди. Ніхто з нині живих вчених на Землі сьогодні не знає, як або чому це сталося. Безпрецедентне розширення нашого Всесвіту з крихітної точки в те, що сьогодні астрономи спостерігають за допомогою телескопів, є однією з найважливіших проблем сучасної астрономії.

Дослідники вважають, що інфляція є причиною первинних флуктуацій щільності Всесвіту, які повинні були вплинути на розподіл галактик. З цієї причини вивчення розподілу галактик на просторах Всесвіту і складання детальної карти може допомогти вченим виключити ті моделі інфляції, які не відповідають даним, отриманим за допомогою спостережень. Крім того, астрономи повинні врахувати й інші фактори, також здатні впливати на розподіл галактик.

Згідно знаменитому рівняння Альберта Ейнштейна E = mc^2, маса і енергія еквівалентні, тому області Всесвіту з невеликим надлишком енергії еволюціонували в області з невеликим надлишком маси. А оскільки гравітаційні сили обумовлені масою, то в цих областях гравітація була трохи сильніше, ніж в тих, де було менше енергії коли Всесвіт тільки народився. Протягом мільярдів років гравітація посилювала цей ефект, і регіони з невеликим надлишком маси збирали масу з регіонів, які розвивалися з невеликим дефіцитом маси. Результатом цих процесів є сьогоденний Всесвіт.

Всім у Всесвіті керує гравітація?

Щоб зрозуміти яким був розподіл енергії у Всесвіті незабаром після Великого вибуху, астрономи звернулися до даних, отриманих за допомогою останніх спостережень, взявши до уваги майже чотирнадцять мільярдів років гравітаційних взаємодій. Міжнародній групі дослідників вдалося розробити метод, що дозволяє зрозуміти вплив гравітації і визначити розподіл маси і енергії в ранньому Всесвіті.

В ході роботи, опублікованої в журналі Physical Review D, був використаний суперкомп’ютер в Національній астрономічній обсерваторії Японії для моделювання 4000 всесвітів, кожна з яких має трохи різну конфігурацію маси і енергії. Подібні симуляції дозволяють ефективно впливати на масу кожного модельованого всесвіту чотирнадцятьма мільярдами років гравітації. Потім дослідники розробили алгоритми, які могли б надійно моделювати сучасні виміри та визначати початкові умови моделювання Всесвіту.

Як зазначає Forbes, подібні методи застосовувалися в минулому, щоб зрозуміти, як галактики збираються в місцеві і локальні групи. Однак нове дослідження заслуговує на увагу, так як алгоритми «видалення гравітації» не тільки працюють у Всесвіті в цілому, але і, мабуть, здатні усунути ефекти, викликані космічною інфляцією – періодом в історії Всесвіту, коли він розширювався зі швидкістю швидше за світло протягом крихітної частки секунди.

Інфляційна модель Всесвіту є ключовим компонентом сучасного розуміння астрономами історії Всесвіту. Теорія інфляції не тільки пояснює спостережувану однорідність Всесвіту в найбільших масштабах, а й пояснює, чому геометрія Всесвіту – це те, що ми бачимо. Дослідницька група ще не застосувала свої алгоритми гравітаційного видалення до даних, що описує Всесвіт, в якій ми живемо, однак відповідні дані вже були записані іншими дослідницькими групами.