Hur har universum utvecklats över tiden? En ny superdatorsimulering har gett vad forskarna säger är den mest exakta och detaljerade stora kosmologiska modellen för utvecklingen av universums storskaliga struktur. Kallade Bolshoi-simuleringen, och den ger fysiker och astronomer ett kraftfullt nytt verktyg för att förstå kosmiska mysterier som galaxbildning, mörk materia och mörk energi.
Om simuleringen är rätt visar den att den kosmologiska modellen är ganska spot-on.
"Dessa enorma kosmologiska simuleringar är viktiga för att tolka resultaten av pågående astronomiska observationer och för att planera de nya stora undersökningarna av universum som förväntas hjälpa till att bestämma naturen på den mystiska mörka energin," sa Anatoly Klypin, från New Mexico State University, som skrev datorkoden för simuleringen, som kördes på Pleiades-superdatorn på NASA Ames Research Center.
Simuleringen spårar utvecklingen av den storskaliga strukturen i universum, inklusive utvecklingen och distributionen av de mörka materiehaloerna där galaxerna sammanfördes och växte. Inledande studier visar bra överensstämmelse mellan simuleringens förutsägelser och astronomers observationer.
"På ett sätt kanske du tycker att de första resultaten är lite tråkiga, eftersom de i princip visar att vår standardkosmologiska modell fungerar," sa medledare Joel Primack från University of California, Santa Cruz. "Det som är spännande är att vi nu har denna mycket exakta simulering som kommer att utgöra grunden för många viktiga nya studier under de kommande månaderna och åren."
Simuleringen är baserad på data från WMAP-uppdraget som har kartlagt ljuset från Big Bang på hela himlen. En jämförelse av Bolshoi-förutsägelserna med galaxobservationer från Sloan Digital Sky Survey visade mycket bra överensstämmelse, säger Primack.
Standardförklaringen för hur universum utvecklades efter Big Bang är känd som Lambda Cold Dark Matter-modellen, och det är den teoretiska grunden för Bolshoi-simuleringen. Enligt denna modell verkade tyngdkraften initialt på svaga täthetsfluktuationer närvarande efter Big Bang för att dra ihop de första klumparna av mörk materia. Dessa växte till större och större klumpar genom den hierarkiska sammanslagningen av mindre förfäder. Även om arten av mörk materia förblir ett mysterium, står den för cirka 82 procent av materien i universum. Som ett resultat har utvecklingen av strukturen i universum drivits av gravitationella interaktioner av mörk materia. Den vanliga materien som bildar stjärnor och planeter har fallit in i de "gravitationella brunnarna" som skapats av klumpar av mörk materia, vilket ger upphov till galaxer i mitten av halo av mörk materia.
En serie papper har tagits fram från Bolshoi-simuleringen, inklusive en som tittar på egenskaperna hos mörka ämnets glorier och en annan som tittar på överflödet och egenskaperna hos galaxer som förutses av Bolshoi-simuleringen av mörk materia.
