Gambar simulasi yang menunjukkan distribusi materi di Semesta. Kredit gambar: MPG. Klik untuk memperbesar.
Konsorsium Virgo, kelompok astrofisika internasional dari Inggris, Jerman, Jepang, Kanada, dan Amerika Serikat hari ini (2 Juni) merilis hasil pertama dari simulasi terbesar dan paling realistis dari pertumbuhan struktur kosmik dan pembentukan galaksi dan quasar. Dalam sebuah makalah yang diterbitkan di Nature, Konsorsium Virgo menunjukkan bagaimana membandingkan data yang disimulasikan tersebut dengan survei pengamatan besar dapat mengungkapkan proses fisik yang mendasari pembentukan galaksi nyata dan lubang hitam.
"Simulasi Milenium" mempekerjakan lebih dari 10 miliar partikel materi untuk melacak evolusi distribusi materi di wilayah kubik Semesta lebih dari 2 miliar tahun cahaya di satu sisi. Itu membuat superkomputer utama di Pusat Supercomputing Max Planck Society di Garching, Jerman diduduki selama lebih dari sebulan. Dengan menerapkan teknik pemodelan canggih pada 25 Terabytes (25 juta Megabytes) dari output yang disimpan, para ilmuwan Virgo dapat menciptakan kembali sejarah evolusi untuk sekitar 20 juta galaksi yang mengisi volume yang sangat besar ini dan untuk lubang hitam supermasif yang kadang-kadang dilihat sebagai quasar di hati mereka. .
Teleskop yang peka terhadap gelombang mikro telah mampu mencitrakan Semesta secara langsung ketika usianya baru 400.000 tahun. Satu-satunya struktur pada waktu itu adalah riak lemah di lautan materi dan radiasi yang seragam. Evolusi yang didorong secara gravitasi kemudian mengubah riak-riak ini menjadi struktur sangat kaya yang kita lihat sekarang. Inilah pertumbuhan yang dirancang untuk diikuti oleh Simulasi Milenium, dengan tujuan ganda untuk memeriksa bahwa paradigma baru untuk evolusi kosmik ini memang konsisten dengan apa yang kita lihat, dan menjelajahi fisika kompleks yang memunculkan galaksi dan lubang hitam pusatnya. .
Kemajuan terbaru dalam kosmologi menunjukkan bahwa sekitar 70 persen dari Alam Semesta kita saat ini terdiri dari Energi Gelap, medan gaya misterius yang menyebabkannya berkembang semakin cepat. Sekitar seperempat rupanya terdiri dari Cold Dark Matter, sejenis partikel elementer baru yang belum terdeteksi secara langsung di Bumi. Hanya sekitar 5 persen yang dibuat dari materi atom biasa yang kita kenal, sebagian besar terdiri dari hidrogen dan helium. Semua komponen ini diperlakukan dalam Simulasi Milenium.
Dalam artikel Nature mereka, para ilmuwan Virgo menggunakan Simulasi Milenium untuk mempelajari pertumbuhan awal lubang hitam. Sloan Digital Sky Survey (SDSS) telah menemukan sejumlah quasar yang sangat jauh dan sangat terang yang tampaknya menjadi tempat lubang hitam setidaknya satu miliar kali lebih masif daripada Matahari pada saat Alam Semesta kurang dari sepersepuluh umurnya saat ini.
"Banyak astronom berpikir ini mustahil untuk berdamai dengan pertumbuhan bertahap dari struktur yang diprediksi oleh gambar standar", kata Dr Volker Springel (Institut Max Planck untuk Astrofisika, Garching) pemimpin proyek Milenium dan penulis pertama artikel tersebut, "Namun , ketika kami mencoba pemodelan galaksi dan formasi kami, kami menemukan bahwa beberapa lubang hitam besar terbentuk cukup awal untuk menjelaskan quasar SDSS yang sangat langka ini. Tuan rumah galaksi mereka pertama kali muncul dalam data Milenium ketika Alam Semesta baru berumur beberapa ratus juta tahun, dan pada hari ini mereka telah menjadi galaksi paling masif di pusat kelompok galaksi terbesar. "
Bagi Prof Carlos Frenk (Institute for Computational Cosmology, University of Durham) kepala Virgo di Inggris, aspek yang paling menarik dari hasil awal adalah fakta bahwa Simulasi Milenium menunjukkan untuk pertama kalinya bahwa pola-pola karakteristik tercetak pada masalah tersebut distribusi pada zaman awal dan terlihat langsung di peta gelombang mikro, harus tetap ada dan harus terdeteksi dalam distribusi galaksi yang diamati. “Jika kita dapat mengukur gerak-gerik baryon dengan cukup baik”, kata Prof Frenk, “maka mereka akan memberi kita tolok ukur standar untuk mengkarakterisasi geometri dan sejarah ekspansi alam semesta dan untuk mempelajari tentang sifat Energi Gelap.”
"Simulasi ini menghasilkan gambar yang mengejutkan dan mewakili tonggak penting dalam pemahaman kita tentang bagaimana alam semesta awal terbentuk." kata Kepala Eksekutif PPARC, Prof Richard Wade. "The Millennium Simulation adalah contoh brilian dari interaksi antara teori dan eksperimen dalam astronomi karena pengamatan terbaru terhadap objek-objek astronomi dapat digunakan untuk menguji prediksi model teoritis sejarah Semesta."
Aplikasi Simulasi Milenium yang paling menarik dan berjangka panjang masih akan datang menurut Prof Simon White (Institut Max Planck untuk Astrofisika) yang mengepalai upaya Virgo di Jerman. "Kampanye pengamatan baru memberi kita informasi dengan ketepatan yang belum pernah terjadi sebelumnya tentang sifat-sifat galaksi, lubang hitam dan struktur skala besar Alam Semesta kita," katanya. “Kemampuan kita untuk memprediksi konsekuensi dari teori kita harus mencapai tingkat ketepatan yang cocok jika kita ingin menggunakan survei ini secara efektif untuk belajar tentang asal dan sifat dunia kita. Simulasi Milenium adalah alat unik untuk ini. Tantangan terbesar kami sekarang adalah membuat kekuatannya tersedia bagi para astronom di mana pun sehingga mereka dapat memasukkan model galaksi dan formasi quasar mereka sendiri untuk menafsirkan survei pengamatan mereka sendiri. "
Sumber Asli: Siaran Berita PPARC
