14 augustus 2022

Astronomen doen nauwkeurigste kosmische simulatie ooit

In het centrum van de simulatie (en van ons eigen heelal) bevinden zich de Melkweg en het nabije Andromedastelsel (ook bekend als M31). Credit: Dr. Stuart McAlpine

Een internationaal team van onderzoekers, met onder hen Matthieu Schaller van de Sterrewacht Leiden en het Leids Instituut voor Onderzoek in de Natuurkunde, heeft de grootste en nauwkeurigste virtuele weergave van ons heelal tot nu toe geproduceerd. De onderzoekers hebben supercomputersimulaties gebruikt om de volledige evolutie van de kosmos, van de oerknal tot nu, na te bootsen. Het onderzoeksresultaat is gepubliceerd in het vakblad Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).

In de afgelopen twintig jaar hebben kosmologen een ‘standaardmodel’ van de kosmologie ontwikkeld – het ‘koude donkere materie’-model – dat een overvloed aan waargenomen astronomische gegevens kan verklaren, van de eigenschappen van de warmte die is overgebleven van de oerknal tot het aantal en de ruimtelijke verdeling van de sterrenstelsels die we vandaag om ons heen waarnemen.

Bij het simuleren van een virtueel koud universum van donkere materie volgen de meeste kosmologen een ’typisch’ of willekeurig stuk hemel, vergelijkbaar met ons eigen waargenomen heelal, maar alleen in statistische zin. De simulaties die in deze studie zijn uitgevoerd zijn anders: met behulp van geavanceerde generatieve algoritmen zijn de simulaties afgestemd om ons specifieke stuk heelal te reproduceren, dat dus de huidige structuren in de buurt van ons eigen melkwegstelsel bevat die astronomen al decennialang hebben waargenomen.

Dit betekent dat bekende structuren in het nabije heelal, zoals de clusters Virgo, Coma en Perseus, de Grote Muur en de Lokale Leegte – onze kosmische habitat – precies worden nagebootst in de simulatie. In het centrum van de simulatie bevindt zich misschien wel de belangrijkste structuur, een sterrenstelselspaar dat de virtuele tegenhangers vormt van onze eigen Melkweg en het nabije zware buurstelsel Andromeda.

De simulatie, SIBELIUS-DARK genaamd, maakt deel uit van het ‘Simulations Beyond the Local Universe’-project (SIBELIUS) en is de grootste en meest uitgebreide simulatie in zijn soort tot dusver. De simulatie bestrijkt een gebied tot op een afstand van 600 miljoen lichtjaar van de aarde en bestaat uit meer dan 130 miljard gesimuleerde ‘deeltjes’.

De simulatiesoftware, die in Leiden is ontwikkeld, is de technische sleutel tot deze inspanning. Door een grote supercomputer meer dan een maand in te zetten kon het simulatieteam een virtuele tegenhanger van ons eigen heelal tot leven brengen. De unieke geometrie en eigenschappen van deze simulatie, in combinatie met de ruwe omvang ervan, maakten de simulatie een uitdaging die alleen kon worden volbracht dankzij de jarenlange ervaring van de lokale simulatiegroep. Hiermee wordt voortgebouwd op inspanningen uit het verleden, zoals het door Leiden geleide EAGLE-project, dat onlangs de Group Award van de Britse Royal Astronomical Society heeft ontvangen.

In het onderzoek wordt de output van het virtuele heelal nauwgezet vergeleken met een reeks waarnemingen, waarbij de juiste locaties en eigenschappen worden gevonden voor de virtuele tegenhangers van bekende structuren. Een eerste resultaat van deze studie is dat ons nabije heelal wel eens ongebruikelijk zou kunnen zijn: het voorspelt een gemiddeld lager aantal sterrenstelsels als gevolg van een lokale grootschalige ‘onderdichtheid’ van materie. Hoewel de auteurs van mening zijn dat het niveau van deze onderdichtheid geen bedreiging vormt voor het standaardmodel van de kosmologie, kan het wel gevolgen hebben voor de manier waarop astronomen informatie uit surveys van waargenomen sterrenstelsels interpreteren.

Fragmenten uit de SIBELIUS-DARK similatie. Credit: McAlpine ety al, 2021.

Coauteur Matthieu Schaller (Sterrewacht Leiden) noemt het project een mijlpaal in de zoektocht naar manieren om het huidige gevestigde model van de evolutie van ons heelal op de proef te stellen. “Deze simulaties tonen aan dat het standaardmodel van koude donkere materie alle sterrenstelsels kan produceren die we in onze omgeving zien. Dit is een zeer belangrijke test voor het model.”

De onderzoekers zijn nu van plan om de details te bestuderen van de manier waarop deze bekende structuren zijn gevormd en geëvolueerd. Zo hopen zij het standaardmodel van de kosmologie aan een nog strengere test te onderwerpen. De simulaties zullen door de Leidse astronomen worden gebruikt om belangrijke vragen te beantwoorden over onze plaats in het heelal en de recente evolutie daarvan. Bron: Astronomie.nl.

Comments

  1. Ik lees dat het model nog niet helemaal af is…
    Citaat: “The data is not perfect: whilst we believe sibelius-dark to be the most comprehensive constrained realisation simulation to date, we understand it is not a perfect representation of our Local Volume. We would therefore urge caution as to not overinterperate the results from the simulation, and instead use them as plausible predictions for how structures in the Local Volume may have come to pass.” Link: https://www.researchgate.net/publication/358488594_SIBELIUS-DARK_a_galaxy_catalogue_of_the_Local_Volume_from_a_constrained_realisation_simulation
    Begrijp ik als leek nu dat na 9350 iteraties de output van de simulatie het beste fit op de waargenomen data door deze in een recursieve loop te zetten??

  2. E. van Dijken zegt

    Het is niet mijn bedoeling om dit onderwerp weg te kapen maar ik weet geen andere manier om een idee dat ik heb ergens in Astroblogs te plaatsen. Dus bij voorbaat mijn excuses hiervoor.

    Mijn idee:

    Als je de uitspraak: “Zonder oorzaak geen gevolg” (denk aan de oerknal) alleszins redelijk vindt, probeer dan maar eens om na lang nadenken NIET tot de conclusie te komen dat ons “heelal” zich in een ruimte moet bevinden.

    • Die ruimte, inclusief “alles” @EvD wordt ook wel het universum genoemd, zie https://en.wikipedia.org/wiki/Universe En hier de Nederlandse versie die wat simplistischer is, https://nl.wikipedia.org/wiki/Heelal . Maar nu de volgende vraag…wat is de oorzaak van die ruimte die men in dit model gebruikt :-D. En nog een gezegde “aan ieder begin komt een einde”…waarom heeft het universum wel een begin maar geen einde (als we de kosmologische constante mogen geloven). https://nl.wikipedia.org/wiki/Kosmologische_constante

    • Peter van der Werf zegt

      Het “gevolg” is hier de Ruimtetijd. Deze begint bij (of na) T=0. De “oorzaak” zou daaraan vooraf moeten gaan, maar als er al iets is of was “voor” of “buiten” de Ruimtetijd, dan valt dat buiten onze perceptie. We kunnen niet weten wat de oorzaak was en zelfs niet of er een oorzaak was.

    • Ik zou best willen geloven dat het universum uit meerdere heelallen bestaat met elk hun eigen ruimtetijd. Ik zou het zelfs als niet onmogelijk beschouwen dat de oerknal niet méér is dan eenvoudigweg het kaboem gaan van een gigantisch zwaar zwart gat. Met gigantisch bedoel ik dan geen miljarden zonmassa’s, maar triljarden, zoniet quadriljoenen zonmassa’s. Een explosie die zo overweldigend is, dat alle reeds bestaande ruimtetijd op die plek wordt weggevaagd en er geheel nieuwe ruimtetijd — en dus ook een nieuw heelal — op die plaats ontstaat. De vraag is alleen of zulke gigantisch zware zwarte gaten bestaan en of ze ook kaboem kunnen gaan. Ze zouden bijvoorbeeld — om maar iets te verzinnen — kunnen ontstaan wanneer twee of meerdere uitdijende heelallen op elkaar gaan botsen. 😉

Speak Your Mind

*

Deze site gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: