Proiectul Lumina a fost realizat cu ajutorul supercomputerului Frontier, găzduit de Laboratorul Național Oak Ridge din statul american Tennessee. Pentru construirea simulării au fost necesare aproape trei ani de muncă și peste 15.000 de unități de procesare grafică (GPU), care au asigurat puterea de calcul necesară pentru modelarea unui volum atât de mare de spațiu.
Dimensiunea regiunii simulate este greu de imaginat: Lumina acoperă aproximativ 1,5 miliarde de ani-lumină în fiecare direcție. Pentru comparație, Calea Lactee are un diametru de aproximativ 100.000 de ani-lumină, potrivit NASA. Cu toate acestea, simularea nu cuprinde decât o mică parte din Univers, după cum a subliniat Oliver Zier, scrie cnn.
Unul dintre cele mai importante avantaje ale proiectului este capacitatea de a combina două niveluri de observație. Cercetătorii pot analiza structurile cosmice de mari dimensiuni, inclusiv modul în care galaxiile se grupează în rețeaua cosmică, dar pot apropia imaginea până la nivelul galaxiilor individuale. Această combinație este esențială pentru înțelegerea proceselor care au influențat formarea și evoluția structurilor din Universul timpuriu.
O premieră în studiul hidrogenului și heliului
Lumina le permite cercetătorilor să urmărească, în cadrul aceleiași simulări, transformările prin care au trecut atât hidrogenul, cât și heliul. Acesta din urmă este al doilea cel mai răspândit element din spațiu. Potrivit informațiilor prezentate despre proiect, este pentru prima dată când oamenii de știință pot studia aceste schimbări simultan, la o asemenea scară.
Un alt aspect important este faptul că evoluția Universului timpuriu nu s-a desfășurat în același ritm peste tot. Unele regiuni au trecut mai repede prin anumite transformări, în timp ce altele au evoluat mai lent. Dimensiunea simulării le permite cercetătorilor să observe diferențele dintre aceste zone și să urmărească modul în care procesele cosmice s-au desfășurat în timp.
Julian Muñoz, profesor asistent de astronomie la Universitatea Texas din Austin, care nu a participat la realizarea proiectului, a apreciat amploarea tehnică a simulării. El a explicat că modelele care încearcă să redea formarea primelor galaxii și ionizarea Universului timpuriu sunt foarte costisitoare din punct de vedere al resurselor de calcul. Din acest motiv, simulările anterioare au analizat, de regulă, regiuni mai mici ale cosmosului și perioade limitate.
În opinia sa, Lumina se diferențiază prin volumul mai mare pe care îl acoperă și prin intervalul mai lung din istoria cosmică pe care îl poate urmări, păstrând în același timp detaliile necesare pentru studierea galaxiilor.
Cum poate ajuta simularea la înțelegerea materiei întunecate
Lumina le oferă astronomilor posibilitatea de a investiga și felul în care materia obișnuită și materia întunecată s-au deplasat diferit prin spațiu. Modelele care încearcă să explice apariția primelor galaxii urmăresc interacțiunile dintre trei componente importante: materia obișnuită, materia întunecată și radiația.
Materia obișnuită este cea din care sunt alcătuite stelele, planetele și oamenii. Materia întunecată este o substanță invizibilă, care reprezintă cea mai mare parte a materiei din Univers. Cele două nu se comportă identic: materia obișnuită interacționează cu lumina, în timp ce materia întunecată nu are aceeași interacțiune. Această diferență influențează modul în care cele două componente se deplasează prin spațiu.
În primele etape ale istoriei Universului, diferențele dintre evoluția materiei obișnuite și cea a materiei întunecate au contribuit la apariția unor tipare cosmice care se întind pe milioane de ani-lumină. Aceste structuri nu pot fi observate direct cu ajutorul telescoapelor, însă variațiile lor pot fi reprezentate în simulări precum Lumina.
Julian Muñoz consideră că astfel de modele le permit cercetătorilor să investigheze dinamica materiei și influența pe care aceasta a avut-o asupra Universului timpuriu. În acest fel, oamenii de știință pot analiza mai bine legăturile dintre materia obișnuită, materia întunecată și radiație în procesul de formare a structurilor cosmice.
Simularea ar putea fi utilă și pentru studiul galaxiilor rare, care ar putea să nu apară în modelele de dimensiuni mai mici. Ilian Iliev, profesor de astrofizică la Universitatea Sussex din Marea Britanie, care nu a fost implicat în proiect, a evidențiat importanța acestei posibilități. El așteaptă ca simularea Lumina și noile observații realizate cu telescoapele să fie folosite împreună pentru construirea unei imagini mai complete și mai precise asupra Universului.
Telescopul James Webb, un instrument important pentru verificarea simulării
Dincolo de amploarea sa, Lumina are și o utilitate practică pentru cercetarea astronomică: le permite oamenilor de știință să testeze ipoteze despre evoluția Universului. Cercetătorii pot compara scenariile reproduse în simulare cu observațiile obținute cu ajutorul telescoapelor, inclusiv al Telescopului Spațial James Webb.
Dacă rezultatele simulării sunt în concordanță cu ceea ce observă astronomii, teoriile pe care se bazează modelul pot primi un sprijin suplimentar. În schimb, diferențele dintre predicțiile computerizate și datele reale ar putea fi chiar mai interesante pentru cercetători.
Oliver Zier a explicat că neconcordanțele pot indica existența unor elemente care lipsesc din modelul actual. Aceste diferențe ar putea oferi indicii despre procese fizice pe care oamenii de știință nu le înțeleg încă pe deplin.
Prin urmare, scopul simulării nu este doar să reproducă ceea ce cercetătorii cunosc deja despre Univers, ci și să ajute la identificarea unor întrebări la care știința nu are încă răspunsuri. Compararea rezultatelor Lumina cu observațiile astronomice poate arăta unde teoriile actuale funcționează și unde este nevoie de explicații suplimentare.
O perspectivă mai amplă asupra Universului timpuriu
Lumina le oferă astronomilor posibilitatea de a analiza procese care, până acum, erau dificil de urmărit într-un singur model la o asemenea scară. Cercetătorii pot trece de la imaginea generală a rețelei cosmice la detaliile galaxiilor și pot urmări, în același timp, interacțiunile dintre gaz, materie întunecată și radiație.
Deși simularea nu reprezintă decât o regiune limitată din Univers, dimensiunea sa și nivelul de detaliu deschid noi posibilități pentru studiul evoluției cosmice. În plus, comparația cu observațiile realizate de telescoape precum James Webb ar putea ajuta la verificarea teoriilor existente și la identificarea unor fenomene care nu sunt încă explicate.
Un rezultat care nu se potrivește cu predicțiile modelului nu ar însemna neapărat un eșec al proiectului. Dimpotrivă, ar putea indica faptul că există aspecte ale Universului care trebuie înțelese mai bine. Tocmai această posibilitate face ca Lumina să fie un instrument important pentru cercetările viitoare: simularea nu oferă doar o reprezentare impresionantă a cosmosului, ci și o modalitate prin care astronomii pot testa ceea ce cred că știu despre începuturile și evoluția sa.
VEZI ȘI – Băutura care ar putea reduce riscul de Alzheimer. Specialiștii recomandă două-trei cești pe zi