太古の昔から、哲学者や学者たちは、存在がどのように始まったかを決定しようと努めてきました。現代天文学の誕生と共に、この伝統は継続し、宇宙論として知られる分野を生み出しました。そして、スーパーコンピューティングの助けを借りて、科学者は最初の星と銀河が私たちの宇宙で形成され、数十億年の間に進化した方法を示すシミュレーションを行うことができます。
最近まで、最も広範囲で完全な研究は、「Illustrus」シミュレーションであり、過去130億年にわたる銀河形成の過程を調べていました。彼ら自身の記録を破ろうとして、同じチームが最近「Illustris、The Next Generation」または「IllustrisTNG」として知られるシミュレーションの実施を開始しました。これらの調査結果の最初のラウンドは最近リリースされ、さらにいくつかが続くことが期待されています。
これらの調査結果は、最近発行された3つの記事に掲載されました。 王立天文学会の月次通知。 Illustrisチームは、ハイデルベルク理論研究所、マックスプランク宇宙物理学研究所、マサチューセッツ工科大学、ハーバード大学、およびニューヨークの計算天体物理学研究所の研究者で構成されています。
高性能コンピューティングセンターシュツットガルト（HLRS）でHazel Henスーパーコンピューターを使用–ガウススーパーコンピューティングセンター（GCS）を構成する3つの世界クラスのドイツスーパーコンピューティング施設–チームは、検証と拡張に役立つシミュレーションを実施しました宇宙の最も初期の段階に関する既存の実験的知識、つまりビッグバンから30万年後から現在までに起こったこと。
このシミュレーションを作成するために、チームは方程式（一般相対性理論など）と現代の観測からのデータを組み合わせて、宇宙の大きな断面を表す巨大な計算立方体にしました。星の形成やブラックホールの成長などのいくつかのプロセスでは、研究者たちは観測に基づく仮定に頼らざるを得ませんでした。次に、数値モデルを使用して、このシミュレートされた宇宙を動かしました。
以前のシミュレーションと比較すると、IlllustrisTNGは3つの異なる解像度の3つの異なる宇宙から構成されていました。その中で最大のものは、10億光年（300メガパーセク）を測定しました。さらに、研究チームは磁場のより正確な説明を含め、精度を向上させました。シミュレーションでは、Hazel Henスーパーコンピューターで合計24,000コア時間、24,000コアを使用しました。
ガウスセンターのプレスリリースで、ハイデルベルク理論研究所の教授兼研究者であり、プロジェクトの主任研究者であるフォルカースプリンゲル博士が次のように説明しています。
「磁場はさまざまな理由で興味深いものです。宇宙ガスに作用する磁気圧力は、熱（温度）圧力に等しい場合があります。つまり、これを無視すると、これらの影響を見逃して、最終的に結果を損なうことになります。」
もう1つの大きな違いは、最近の観測キャンペーンに基づいて更新されたブラックホール物理学が含まれていることです。これには、超大質量ブラックホール（SMBH）と銀河進化の間の相関関係を示す証拠が含まれます。本質的に、SMBHは、大量のエネルギーを放射と粒子ジェットの形で送り出すことが知られており、銀河の星形成に抑止効果をもたらす可能性があります。
研究者たちは最初のシミュレーションでこのプロセスに確かに気づいていましたが、星の形成を完全に阻止する方法を考慮していませんでした。シミュレーションに磁場とブラックホール物理学の両方に関する更新されたデータを含めることにより、チームはデータと観測値の間に大きな相関関係があることを確認しました。したがって、彼らは結果に自信を持ち、これが現在までで最も正確なシミュレーションであると信じています。
しかし、Max Planck Institute of Astronomyの物理学者でllustricTNGのメンバーであるDylan Nelson博士が説明したように、スーパーコンピューターの進歩が続くとすれば、将来のシミュレーションはさらに正確になる可能性があります。
「次世代システムのメモリと処理リソースの増加により、大量の宇宙をより高い解像度でシミュレーションできるようになります。大容量は、宇宙論、宇宙の大規模構造の理解、次世代の大規模な観測プロジェクトの確実な予測を行うために重要です。高解像度は、シミュレーションで個々の銀河の内部で行われているプロセスの物理モデルを改善するために重要です。」
この最新のシミュレーションは、GCSスタッフによる広範なサポートのおかげで可能になりました。GCSスタッフは、コーディングに関連する事項について研究チームを支援しました。また、世界中の研究者を集め、必要なリソースと組み合わせた大規模な共同作業の結果でもありました。最後に、重要なことですが、応用研究と理論研究の間のコラボレーションの増加がどのようにより良い結果につながるかを示しています。
今後の展望として、チームはこの最新のシミュレーションの結果が前回のシミュレーションよりもさらに役立つことを期待しています。最初のIllustrisデータのリリースでは、2,000人を超える登録ユーザーが獲得し、130の科学的研究が発表されました。これがより正確で最新であることを考えると、チームはより多くのユーザーを見つけ、さらに画期的な研究をもたらすと期待しています。
知るか？おそらくいつの日か、私たちは宇宙の形成と進化を完全な精度で捉えるシミュレーションを作成するかもしれません。それまでの間、チームメンバーとMITの物理学者Mark Vogelsbergerの好意により、最初のIllustrisシミュレーションのこのビデオを必ずお楽しみください。
