Vědci naprogramovali dosud nejpřesnější počítačový model vývoje vesmíru. Jmenuje se Illustris a pokrývá období od dvanácti milionů let od velkého třesku až do dneška. Zvládl vytvořit i různé typy hvězdných soustav, což předchozí modely neuměly.
Žijeme v časech matematických modelů. Na světě je spousta výkonných počítačů schopných řešit úlohy, o jejichž vyčíslení se ještě nedávno nikomu ani nesnilo. Mezi tyto stroje se počítají i francouzský ďábelský stroj Curie supercomputer a německý SuperMUC. Skupina vědců vedená Markem Vogelsbergerem z Massachusettského technologického institutu na nich rozběhla simulaci vývoje univerza, která dohromady zabrala okolo šestnácti miliónů procesorových hodin. Superpočítače mají samozřejmě víc než jeden procesor, takže to netrvalo osmnáct století.
Její výsledky shrnují vědci v časopise Nature. Program napodoboval současný nejrozšířenější kosmologický model. Říká se mu Lambda-CDM. První část názvu odkazuje na kosmologickou konstantu (Λ). Druhá na přítomnost takzvané chladné temné hmoty (anglicky cold dark matter = CDM).
Temná energie
Kosmologickou konstantu zavedl už Albert Einstein v roce 1917. Potřeboval ji, aby rovnice obecné teorie relativity popisovaly vesmír jako statický. Bez konstanty to nešlo. Po objevu rozpínání universa v roce 1929 ji prohlásil za svou největší životní chybu a zase zrušil. Na konci minulého století ale vyšlo najevo, že se rozpínání vesmíru zrychluje, takže se konstanta fyzikům zase hodila. Dnes ji považují za vyjádření hustoty záhadné temné energie, která toto zrychlování způsobuje.
Temná hmota je materiál, na který působí ze čtyř základních sil ve vesmíru jen ta nejslabší, gravitace. Její přítomnost se proto dá ověřit jen díky působení na běžnou svítící hmotu.
Model ΛCDM má jen šest základních parametrů: po jejichž dosazení do příslušných vzorců by mělo být možné dospět k výsledkům, které odpovídají současnému pozorovatelnému vesmíru. Především by z nich měl vyplývat vznik sítě temné hmoty, která prostupuje celé universum. Gravitace vláken přitahuje viditelnou hmotu, jež se okolo jejích shromažďuje a tvoří galaxie.
Simulace Illustris napodobovala vývoj fyzikálních podmínek v krychli s hranou asi 350 milionů světelných let. Brala v úvahu spoustu jevů, které astronomové ve vesmíru pozorují. Byly to životní cykly hvězd, ochlazování plynů nebo energie výbuchů supernov. Model počítal i se vznikem těžších chemických prvků z lehčích v jádrech hvězd, nebo se zářením, která vzniká, když černé díry požírají mezihvězdný plyn.
Příliš starých hvězd
Výstupy modelu pozorovali vědci podobně, jako se pozoruje skutečný vesmír, jen bez dalekohledů a dalších detektorů. Stejně jako v případě opravdového vesmíru je zajímalo, jak bude ve vesmíru rozmístěná viditelná hmota. Výsledky simulace se dají srovnat se skutečnými údaji. Když v nich vědci najdou rozdíly, znamená to, že je jsou jejich představy o vývoji vesmíru špatně a je potřeba je znovu promyslet. Starší modely měly například potíže s rozdělením prvků těžších než vodík ve hvězdách.
Simulace Illustris dopadal dobře. Dokázala například napodobit vznik hlavních typů galaxií. V paměti počítače vznikaly spirální hvězdné soustavy s mladými modrými a žlutými hvězdami. Podobaly se naší vlastní galaxii. Model vytvořil i eliptické galaxie plné starých červených hvězd a nepravidelné galaxie vzniklé gravitačním působením silnějších sousedek. Všechno to bylo namícháno ve správném poměru.
I když byl model propracovaný, pořád v něm spousta věcí chyběla. Například obří černé díry v počátečních fázích vývoje. V menších galaxiích do hmotnosti deseti miliard Sluncí se v modelu začaly tvořit hvězdy dřív a rychleji než ve skutečném vesmíru. Tyto galaxie byly pak na konci simulace plné stokrát starších hvězd než ve skutečnosti. Vyřešit by to mohly další lepší modely v budoucnosti.