Суперкомпьютер обратил вспять космические часы

Наша Вселенная возникла около четырех миллиардов лет назад в результате катастрофического события – Большого взрыва. В момент своего рождения она была крошечной, но затем расширилась до своих нынешних размеров. То, какой была Вселенная в первые доли секунды после Большого взрыва давно интересует ученых но миллиарды лет ее эволюции, можно сказать, загнали их в тупик. Недавно с помощью суперкомпьютера международной команде исследователей удалось повернуть время вспять и определить, как выглядела Вселенная в момент своего рождения. В ходе нового исследования международная команда астрономов протестировали новый метод реконструкции состояния ранней Вселенной, применив его к 4000 смоделированных Вселенных с помощью суперкомпьютера ATERUI II Национальной астрономической обсерватории Японии. Результаты исследования показали, что примененный метод совместно с новыми наблюдениями позволит ученым наложить более строгие ограничения на инфляцию – один из самых загадочных процессов в истории космоса.

Как галактики распределяются по Вселенной?

После рождения Вселенной примерно 13,8 миллиардов лет назад, она резко увеличилась в размерах, причем происходило это на протяжении менее чем одной триллионной триллионной доли микросекунды. Никто из ныне живущих ученых на Земле сегодня не знает, как или почему это произошло. Беспрецедентное расширение нашей Вселенной из крошечной точки в то, что сегодня астрономы наблюдают с помощью телескопов, является одной из важнейших проблем современной астрономии.

Исследователи полагают, что инфляция является причиной первичных флуктуаций плотности Вселенной, которые должны были оказать влияние на распределение галактик. По этой причине изучение распределения галактик на просторах Вселенной и составления подробной карты может помочь ученым исключить те модели инфляции, которые не соответствуют данным, полученным с помощью наблюдений. Кроме того, астрономы должны учесть и другие факторы, также способные оказывать влияние на распределение галактик.

Наша Вселенная расширяется с ускорением. Но точную скорость ее расширения ученые пока установить не могут.

Согласно знаменитому уравнению Альберта Эйнштейна E = mc2, масса и энергия эквивалентны, поэтому области Вселенной с небольшим избытком энергии эволюционировали в области с небольшим избытком массы. А поскольку гравитационные силы обусловлены массой, то в этих областях гравитация была несколько сильнее, чем в тех, где было меньше энергии когда Вселенная только родилась. На протяжении миллиардов лет гравитация усиливала этот эффект, и регионы с небольшим избытком массы собирали массу из регионов, которые развивались с небольшим дефицитом массы. Результатом этих процессов является наблюдаемая сегодня Вселенная.

Всем во Вселенной руководит гравитация?

Чтобы понять каким было распределение энергии во Вселенной вскоре после Большого взрыва, астрономы обратились к данным, полученным с помощью последних наблюдений, приняв во внимание почти четырнадцать миллиардов лет гравитационных взаимодействий. Международной группе исследователей удалось разработать метод, позволяющий понять влияние гравитации и определить распределение массы и энергии в ранней Вселенной.

В ходе работы, опубликованной в журнале Physical Review D, был использован суперкомпьютер в Национальной астрономической обсерватории Японии для моделирования 4000 вселенных, каждая из которых имеет немного различную конфигурацию массы и энергии. Подобные симуляции позволяют эффективно воздействовать на массу каждой моделируемой вселенной четырнадцатью миллиардами лет гравитации. Затем исследователи разработали алгоритмы, которые могли бы надежно моделировать современные измерения и определять начальные условия моделируемой Вселенной.

Чтобы понять какой была Вселенная в первые пол секунды после Большого взрыва, ученые прибегли к компьютерному моделированию.

Как отмечает Forbes, подобные методы применялись в прошлом, чтобы понять, как галактики собираются в местные и локальные группы. Однако новое исследование заслуживает внимания, так как алгоритмы «удаления гравитации» не только работают во Вселенной в целом, но и, по-видимому, способны устранить эффекты, вызванные космической инфляцией – периодом в истории Вселенной, когда она расширялась со скоростью быстрее света в течение крошечной доли секунды.

Инфляционная модель Вселенной является ключевым компонентом современного понимания астрономами истории Вселенной. Теория инфляции не только объясняет наблюдаемую однородность Вселенной в самых больших масштабах, но и объясняет, почему геометрия Вселенной – это то, что мы видим. Исследовательская группа еще не применила свои алгоритмы гравитационного удаления к данным, описывающим Вселенную, в которой мы живем, однако соответствующие данные уже были записаны другими исследовательскими группами.