13,8 milliarder år på tre minutter

For første gang har astronomer klart å lage en realistisk simulering av snaut 14 milliarder år med kosmisk evolusjon.

Illustris starter tolv millioner år – et øyeblikk i kosmisk perspektiv – etter Big Bang.

I løpet av to minutter og 45 sekunder raser simuleringsprogrammet gjennom 13,8 milliarder år – midt i blinken for deg som er lei av sakte-TV.

Både stor og liten skala

I løpet av de siste tiåra har mange kosmologer prøvd å lage gode datasimuleringer av hvordan universet utvikla seg fra starten.

Prinsippet er i utgangspunktet ganske greit: Plott inn detaljene om hvordan universet var like etter Big Bang, programmér inn relevant informasjon knytta til fysiske lover, og la simuleringsprogrammet ta seg av resten.

Men dette er naturligvis lettere sagt enn gjort – datakraft er en åpenbar flaskehals.

Etter å ha jobba med programutvikling i fem år brukte Illustris-gruppa 8.000 prosessorer parallelt for å gjøre de faktiske utregningene. En vanlig laptop ville til sammenligning ha brukt omtrent 2.000 år.

Resultatet er at vi nå kan se en rekonstruksjon av universets historie i en oppløsning vi tidligere bare har kunnet drømme om.

– Ingen har tidligere lagd en simulering som rekonstruerer universet i både stor og liten skala samtidig, sier Mar Vogelsberger ved MIT/Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, hovedforfatter av rapporten som er publisert i Nature, til Physorg.

Illustris

Venstre del av bildet viser universet som det faktisk ser ut sett gjennom Hubble eXtreme Deep Field, høyre side viser simuleringen.

Foto: Illustris Collaboration

– Imponerende arbeid

Astrofysiker Øystein Elgarøy kaller Illustris-prosjektet et imponerende arbeid.

– Det er fascinerende å se hvor godt den klarer å reprodusere universet vi observerer rundt oss, sier han til NRK.no.

Han forklarer at det er mange problemer som må løses for å lage en realistisk simulering av universets utvikling. Ett av dem er å begrense simuleringsområdet, samtidig som det må være stort nok til å være statistisk representativt for hele universet.

Illustris

Her ser vi simuleringa i z=0 på rødforskyvningsskalaen - det vil si i simulert nåtid. Mørk materie til venstre går over i gass til høyre.

Foto: Illustris Collaboration

– Ut fra hva vi vet om galaksefordelingen i universet, krever det et simuleringsvolum som svarer til en boks med sidelengder på noen hundre millioner lysår.

Illustris' simulerte universkube har en sidelengde på 350 millioner lysår, noe som – til tross for å være begrensa – fortsatt krever massiv regnekapasitet.

– Alt er med

Elgarøy forklarer at tidligere simuleringer gjerne har blitt gjort med mørk materie som det eneste stoffet.

– Da blir nemlig fysikken enklere, siden gravitasjon er den eneste kraften som må tas med. Men samtidig mister man muligheten til å simulere hvordan galakser dannes, for de består jo også av lysende materie.

En annen ting som må tas med i betraktninga er oppløsning. Kompliserte fenomener som supernovaeksplosjoner og stjernevinder spiller viktige roller når det gjelder galaksedannelse.

Siden disse effektene tar relativt liten plass på en lengdeskala som strekker seg over 350 millioner lysår må simuleringen ha høy oppløsning for å yte dem rettferdighet.

Elgarøy oppsummerer og konkluderer:

– En realistisk simulering krever altså et stort simuleringsvolum, kompliserte fysiske effekter og høy oppløsning. Det som er spesielt med Illustris er at alle disse ingrediensene er med.

Artikkelen fortsetter under bildet

Illustris

Stjernelysdistribusjon i simulert nåtid: Bildet viser at simuleringen kommer opp med et bredt utvalg galaksetyper.

Foto: Illustris Collaboration

– Riktig og komplett

I starten av simuleringen, tolv millioner år etter Big Bang, ser vi tråder av mørk materie - materien som utgjør omtrent 96 prosent av universet.

Etterhvert som årene går klumper den seg sammen og danner grunnlaget for galakser, før den lyse materien – ting vi faktisk kan se – gjør sitt inntog.

Hopp til slutten av simuleringa og vi ender opp med et univers som ligner ganske mye på det vi befinner oss i – 41.000 galakser er pressa inn i den simulerte universboksen.

– Mange av de simulerte galaksene stemmer veldig godt overens med galakser i det virkelige universet. Det forteller oss at den grunnleggende forståelsen av hvordan universet virker må være riktig og komplett, sier Vogelsberger.

Elgarøy poengterer også at en slik simulering er en viktig test på modellene vi har for universets utvikling.

– Disse modellene består av mange deler. Noen er enkle, andre er mer kompliserte. Ofte blir delene av modellen testet hver for seg. Bare slike store, kompliserte simuleringer kan vise oss om vi har en helhetlig forståelse av universets historie.

– Illustris ser ut til å vise at vi er på rett spor, selv om vi ikke aner hva mørk materie og mørk energi er.

Illustris har ikke frigitt data for folk flest, men her kan du se flere bilder og videoer fra simuleringen.

Hva skjer med Ikke gjør dette hjemme-huset i den siste episoden denne sesongen? Alle de foregående husene har endt i ett flammehav, så hva skjer denne gangen? Mens sprengstoffekspert Roar og kjemiker Morten slår seg sammen for å prøve å lage vann fra bunnen av, går programlederne Rune og Torfinn vitenskapelig til verks for å undersøke om banning hjelper mot fysisk smerte. (8:8)
Vi er "på nett" så å si hele døgnet. Vi tvittrer, snap'er, spiller, teller skritt, handler og søker etter nyheter. Denne aktiviteten overvåkes av aktører som samler inn enorme datamengder om oss. Det ligger store gevinster, men også viktige fremskritt i BIG DATA! (2:4)
Humor, livsstil og intelligens gir status hos menn - og damer faller for det. Marens gjenværende beilere viser fram nye sider når de skal prøve seg under panseret på en Volvo 240. (5:6)