Uusi maailmankaikkeuden mallinnus vie 600 miljoonan valovuoden päähän Linnunradasta

Uusi mallinnus ulottuu 600 miljoonan valovuoden päähän Linnunradasta toistaen tarkasti kaikki tunnetut paikallisen maailmankaikkeuden suuret rakenteet. Simulaatio myös vahvistaa vallitsevaa käsitystä pimeän aineen merkityksestä maailmankaikkeuden rakenteiden, kuten galaksien ja galaksijoukkojen synnyssä. Helsingin yliopiston johtaman kansainvälisen tutkimusryhmän tulokset on julkaistu Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS) -tiedelehdessä.

Aiemmissa simulaatiossa on tyypillisesti mallinnettu satunnaisia osia maailmankaikkeudesta, jolloin vertailu havaintoihin on voitu tehdä vain tilastollisesti. Tässä uudessa simulaatiossa kaikilla simuloiduilla kohteilla on todelliset vastineet oikeassa havaitussa maailmankaikkeudessa, jolloin vertailu havaintoihin on huomattavasti suoraviivaisempaa. Lisäksi tämän simulaation avulla voidaan suoraan tutkia paikallisen maailmankaikkeuden rakenteiden syntyä ja kehitystä. 

Tämän uuden numeerisen simulaation tuottamiseen on käytetty kehittyneitä algoritmeja, jotka mahdollistavat juuri tietyn maailmankaikkeuden osan mallintamisen pohjautuen havaintodataan.

Simulaatiossa oli yli 130 miljardia pimeän aineen hiukkasta, ja se vaati useita miljoonia laskentatunteja tuottaen yli 1000 teratavua simulaatiodataa. Simulaatio suoritettiin 
brittiläisellä DiRAC COSmology MAchine (COSMA) supertietokoneella, jota operoidaan Durhamin yliopistosta käsin.

– On hämmästyttävää, että mallinnus toistaa tarkasti kaikki tähän asti tunnetut galaksijoukot, kuten Neitysen, Coman ja Perseuksen galaksijoukot sekä Paikallisen galaksiryhmän, joka sisältää myös meidän Linnunratamme sekä Andromedan galaksin, sanoo tutkijatohtori Stuart McAlpine Helsingin yliopistosta.

– Aikaisemmat simulaatiot ovat tutkineet vain satunnaisia universumin osia. Ne ovat kuin tuntemattoman kaupungin kartta, josta saa kyllä laajan käsityksen rakenteista, mutta jota ei voi oikeasti käyttää suunnistamiseen. Sibelius sen sijaan on tähtitieteilijöille kuin kotikaupungin kartta. Se kuvaa oikeita rakenteita – Linnunradasta Coman galaksijoukkoon – joita kaukoputket todella havainnoivat, sanoo SIBELIUS-tutkimushankkeen päätutkija Till Sawala Helsingin yliopistosta.

– Nämä simulaatiot ovat todella mullistavia, koska ne mahdollistavat suoran vertailun simulaatiodatan ja havaintojen välillä ja täten antavat meille työkalut ymmärtää, miten monet tutut lähimaailmankaikkeuden kohteet ovat muodostuneet vuosimiljardien kuluessa, toteaa professori Peter Johansson Helsingin yliopistosta.

Pimeä aine ja vallitsevat kosmologiset teoriat saavat vahvistusta

Mallinnus tarjoaa työkalun, jonka avulla voidaan testata entistä tarkemmin aiempia havaintoihin perustuvia tulkintoja maailmankaikkeuden synnystä ja kehityksestä.

– Simulaatiot osoittavat, että kosmologian nykyinen johtava teoria, niin kutsuttu kylmän pimeän aineen malli, pystyy tuottamaan kaikki maailmankaikkeuden havaitut galaksit. Sen mukaan paikallinen elinympäristömme on syntynyt 13,7 miljardin vuoden aikana painovoiman seurauksena, kun kaasu on jäähtynyt pimeän aineen halojen sisällä muodostaen täten galakseja, sanoo McAlpine, joka pitää tätä osoituksena mallinnuksen käyttökelpoisuudesta.

Nyt julkaistu SIBELIUS-DARK-tutkimus on osa “Simulations Beyond the Local Universe” (SIBELIUS)-tutkimushanketta, jota rahoittaa myös Suomen Akatemia. Artikkelin kirjoittajina on Helsingin yliopistosta Stuart McAlpinen lisäksi akatemiatutkija Till Sawala ja professori Peter Johansson, lisäksi julkaisussa on mukana tutkijoita Isosta-Britanniasta, Ranskasta, Alankomaista sekä Ruotsista.

Lähde:

“SIBELIUS-DARK: a galaxy catalogue of the Local Volume from a constrained realisation simulation”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS)