โดย ทิม ชิลเดอร์ส บาคาร่า เผยแพร่ 19 พฤศจิกายน 2019ศูนย์กลางของกระจุกกาแล็กซีขนาดใหญ่นั้นร้อนจัด (สีแดง) ในขณะที่โครงสร้างที่สว่างแสดงก๊าซกระจายจากความร้อนจากความร้อนจากความร้อนปานกลางระหว่างกาแล็กซีที่ขอบเขตระหว่างช่องว่างของจักรวาลและเส้นใย (เครดิตภาพ: ความร่วมมือ TNG)การก่อตัวของกาแลคซีเป็นการเต้นรําที่ซับซ้อนระหว่างสสารและพลังงานที่เกิดขึ้นบนเวทีของสัดส่วนจักรวาลและกินเวลาหลายพันล้านปี ความหลากหลายของกาแลคซีที่มีโครงสร้างและไดนามิกที่เราสังเกตเห็นในปัจจุบันเกิดขึ้นจากความโกลาหลที่ลุกเป็นไฟของบิกแบงยังคงเป็นหนึ่ง
ในปริศนาที่ยังไม่คลี่คลายที่ยากที่สุดของจักรวาลวิทยา
ในการค้นหาคําตอบทีมนักวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศได้สร้างแบบจําลองขนาดใหญ่ที่มีรายละเอียดมากที่สุดของจักรวาลจนถึงปัจจุบันซึ่งเป็นการจําลองที่พวกเขาเรียกว่า TNG50 จักรวาลเสมือนของพวกเขาซึ่งมีความกว้างประมาณ 230 ล้านปีแสงประกอบด้วยกาแลคซีที่กําลังพัฒนาหลายหมื่นแห่งที่มีระดับรายละเอียดที่เคยเห็นก่อนหน้านี้เฉพาะในแบบจําลองกาแล็กซีเดียว การจําลองดังกล่าวติดตามอนุภาคมากกว่า 20 พันล้านอนุภาคซึ่งเป็นตัวแทนของสสารมืดก๊าซดาวฤกษ์และหลุมดํามวลยวดยิ่งในช่วงเวลา 13.8 พันล้านปี
ความละเอียดและขนาดที่ไม่เคยมีมาก่อนทําให้นักวิจัยสามารถรวบรวมข้อมูลเชิงลึกที่สําคัญเกี่ยวกับอดีตของจักรวาลของเราเองเผยให้เห็นว่ากาแลคซีที่มีรูปร่างแปลกประหลาดต่างๆได้แปรสภาพตัวเองเป็นอยู่อย่างไรและการระเบิดของดาวฤกษ์และหลุมดําทําให้เกิดวิวัฒนาการของกาแลคซีนี้อย่างไร ผลลัพธ์ของพวกเขาได้รับการตีพิมพ์ในสองบทความที่จะนําเสนอในฉบับเดือนธันวาคม 2019 ของวารสารประกาศรายเดือนของราชสมาคมดาราศาสตร์
ที่เกี่ยวข้อง: จากบิ๊กแบงถึงปัจจุบัน: ภาพรวมของจักรวาลของเราผ่านกาลเวลา
TNG50 เป็นการจําลองล่าสุดที่สร้างขึ้นโดยโครงการ IllustrisTNG ซึ่งมีจุดมุ่งหมายเพื่อสร้างภาพที่สมบูรณ์ว่าจักรวาลของเรามีวิวัฒนาการอย่างไรตั้งแต่บิ๊กแบงโดยการสร้างจักรวาลขนาดใหญ่โดยไม่ต้องเสียสละรายละเอียดเล็ก ๆ ของกาแลคซีแต่ละแห่ง
”การจําลองเหล่านี้เป็นชุดข้อมูลขนาดใหญ่ที่เราสามารถเรียนรู้ได้มากมายโดยการผ่าและทําความเข้าใจ
การก่อตัวและวิวัฒนาการของกาแลคซีภายในพวกมัน” Paul Torrey รองศาสตราจารย์ด้านฟิสิกส์ที่มหาวิทยาลัยฟลอริดาและผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าว “สิ่งใหม่ๆ เกี่ยวกับ TNG50 คือคุณกําลังได้รับมวลและความละเอียดเชิงพื้นที่ที่สูงพอภายในกาแลคซีซึ่งให้ภาพที่ชัดเจนว่าโครงสร้างภายในของระบบมีลักษณะอย่างไรเมื่อก่อตัวและพัฒนา”
ความใส่ใจในรายละเอียดของโมเดลนั้นมีค่าใช้จ่ายสูงพอสมควร การจําลองต้องใช้แกนประมวลผล 16,000 คอร์ของซูเปอร์คอมพิวเตอร์ Hazel Hen ในเมืองสตุตการ์ต ประเทศเยอรมนี ซึ่งทํางานอย่างต่อเนื่องมานานกว่าหนึ่งปี การคํานวณแบบเดียวกันนี้จะใช้เวลาประมวลผลระบบเดียว 15,000 ปีในการคํานวณ แม้จะเป็นหนึ่งในการจําลองทางดาราศาสตร์ฟิสิกส์ที่หนักหน่วงที่สุดในประวัติศาสตร์ แต่นักวิจัยเชื่อว่าการลงทุนของพวกเขาได้ผลดี
”การทดลองเชิงตัวเลขประเภทนี้ประสบความสําเร็จเป็นพิเศษเมื่อคุณออกไปมากกว่าที่คุณใส่เข้าไป” ดีแลน เนลสัน เพื่อนหลังปริญญาเอกที่สถาบัน Max Planck Institute for Astrophysics ในมิวนิก เยอรมนี และผู้เขียนร่วมของการศึกษากล่าวในแถลงการณ์ “ในการจําลองของเราเราเห็นปรากฏการณ์ที่ไม่ได้ถูกตั้งโปรแกรมไว้อย่างชัดเจนในรหัสจําลอง ปรากฏการณ์เหล่านี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติจากการทํางานร่วมกันที่ซับซ้อนของส่วนผสมทางกายภาพพื้นฐานของจักรวาลแบบจําลองของเรา”
การกําเนิดจําลองความรุนแรงของกระจุกกาแล็กซีที่โครงสร้างสสารมืด (สีขาว) รวมเข้าด้วยกันในขณะที่หลุมดํามวลยวดยิ่งและซูเปอร์โนวาขับไล่ก๊าซคอสมิกออกไป (การเคลื่อนที่ของก๊าซจะแสดงเป็นสีแดง) ปรากฏการณ์ที่เกิดขึ้นใหม่นั้นอาจจําเป็นต่อการทําความเข้าใจว่าทําไมจักรวาลของเราจึงปรากฏขึ้นอย่างที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน 13.8 พันล้านปีหลังจากบิกแบง TNG50 ช่วยให้นักวิจัยเห็นโดยตรงว่ากาแลคซีอาจ
โผล่ออกมาจากเมฆก๊าซที่ปั่นป่วนที่มีอยู่ไม่นานหลังจากที่จักรวาลถือกําเนิดขึ้น พวกเขาค้นพบว่ากาแลคซีรูปดิสก์ที่พบได้ทั่วไปในย่านจักรวาลของเราเกิดขึ้นตามธรรมชาติในการจําลองและผลิตโครงสร้างภายในรวมถึงแขนเกลียวกระพุ้งและแท่งที่ยื่นออกมาจากหลุมดํามวลยวดยิ่งตรงกลาง เมื่อพวกเขาเปรียบเทียบจักรวาลที่สร้างด้วยคอมพิวเตอร์กับการสังเกตในชีวิตจริงพวกเขาพบว่าประชากรของกาแลคซีของพวกเขานั้นสอดคล้องกับความเป็นจริงในเชิงคุณภาพที่เกี่ยวข้อง: 15 กาแลคซีที่แปลกประหลาดที่สุดในจักรวาลของเราในขณะที่กาแลคซีของพวกเขายังคงแผ่ออกเป็นดิสก์หมุนที่ได้รับคําสั่งอย่างดีปรากฏการณ์อื่นก็เริ่มปรากฏขึ้น การระเบิดของซูเปอร์โนวาและหลุมดํามวลยวดยิ่งที่ใจกลางกาแล็กซีแต่ละแห่งทําให้เกิดการไหลออกของก๊าซด้วยความเร็วสูง การไหลออกเหล่านี้แปรสภาพเป็นน้ําพุของก๊าซบาคาร่า / 10 อันดับ
