infos.ro

Mark Vogelsberger: Simularea formării galaxiilor pentru indicii despre univers | Știri MIT

Jennifer Chu | MIT News Office,news.mit.edu

Cu toată complexitatea sa strălucitoare, Calea Lactee este destul de neremarcabilă pe măsură ce galaxiile merg. Cel puțin, așa vede Mark Vogelsberger.

„Galaxia noastră are câteva caracteristici care ar putea fi puțin surprinzătoare, cum ar fi numărul exact de structuri și sateliți din jurul ei”, gândește Vogelsberger. „Dar dacă faci o medie pe o mulțime de valori, Calea Lactee este de fapt un loc destul de normal.”

Ar trebui să știe. Vogelsberger, un profesor asociat nou titular la Departamentul de Fizică al MIT, și-a petrecut o mare parte din cariera recreând nașterea și evoluția a sute de mii de galaxii, începând din cele mai timpurii momente ale universului până în prezent. Valorificând puterea supercalculatoarelor din întreaga lume, el a produs unele dintre cele mai precise modele teoretice de formare a galaxiilor, cu detalii fascinante.

Simulările sale ale universului au arătat că galaxiile pot evolua într-o menajerie de forme, dimensiuni, culori și clustere, prezentând o diversitate clară în populația galaxiilor, care se potrivește cu ceea ce astronomii au observat în universul actual. Folosind simulările ca un fel de film computațional, oamenii de știință pot derula banda pentru a studia în detaliu procesele fizice care stau la baza formării galaxiilor, precum și distribuția materiei întunecate în univers.

La MIT, Vogelsberger continuă să-și perfecționeze simulările, împingându-le mai înapoi în timp și pe întinderi mai mari ale universului, pentru a obține o imagine a cum ar fi putut arăta galaxiile timpurii. Cu aceste simulări, el îi ajută pe astronomi să determine ce fel de structuri le-ar putea vedea telescoapele de generație următoare în universul timpuriu.

Un singur univers

Vogelsberger a crescut în Hackenheim, un sat mic de aproximativ 2.000 de locuitori din vestul Germaniei, unde aproape fiecare noapte a fost o noapte perfectă pentru observarea stelelor.

„A fost foarte puțină poluare luminoasă și a existat literalmente un cer perfect”, își amintește el.

Când avea 10 ani, părinții lui Vogelsberger i-au dat o carte pentru copii care includea fapte despre sistemul solar, pe care el îl atribuie că i-a stârnit interesul timpuriu pentru astronomie. În adolescență, el și un prieten au înființat un laborator de astronomie improvizat și s-au învățat singuri cum să monteze telescoape și să construiască diverse instrumente, dintre care unul l-au conceput pentru a măsura câmpul magnetic al diferitelor regiuni ale soarelui.

Programele universitare din Germania nu ofereau diplome de astronomie la acea vreme, așa că a decis să urmeze o diplomă în informatică, interes pe care îl dezvoltase în paralel cu astronomia. S-a înscris la Institutul de Tehnologie Kalrsruhe pentru două semestre, apoi a decis să treacă la o diplomă de fizică generală, pe care a absolvit-o la Universitatea din Mainz.

Apoi s-a îndreptat către Universitatea din München, unde a învățat să aplice tehnici informatice la probleme de astronomie și astrofizică. Lucrările sale de doctorat acolo și la Institutul Max Planck pentru Astrofizică au implicat simularea structurii detaliate a materiei întunecate și a modului în care aceasta este distribuită la scară mică în univers.

Simulările numerice pe care el a ajutat să le dezvolte au arătat că, la scară mică, comparabilă cu dimensiunea Pământului, materia întunecată se poate aglomera și se poate mișca prin univers în „fluxuri”, pe care cercetătorii au putut să le cuantifice pentru prima dată prin simulările lor. .

„Întotdeauna mi-a plăcut să mă uit printr-un telescop ca un hobby, dar folosirea unui computer pentru a face experimente cu întregul univers a fost doar un lucru foarte interesant”, spune Vogelsberger. „În astrofizică, avem doar acest univers pe care îl putem observa. Cu un computer, putem crea universuri diferite, pe care le putem verifica (cu observații). Asta a fost foarte atrăgător pentru mine.”

„Totul evoluează”

În 2010, după ce a obținut un doctorat în fizică, Vogelsberger s-a îndreptat către Universitatea Harvard pentru un post-doctorat la Centrul de Astrofizică. Acolo, el și-a redirecționat cercetările către materia vizibilă și spre simularea formării galaxiilor prin univers.

Și-a petrecut cea mai mare parte a postdoc-ului construind ceea ce va fi în cele din urmă Illustras — o simulare computerizată extrem de detaliată și realistă a formării galaxiilor. Simularea începe prin modelarea condițiilor universului timpuriu, la aproximativ 400.000 de ani după Big Bang. De acolo, Illustris simulează universul în expansiune pe parcursul evoluției sale de 13,8 miliarde de ani, explorând modurile în care gazele și materia gravitează și se condensează pentru a forma stele, găuri negre și galaxii.

„Dacă ai rula una dintre aceste simulări de la început până la sfârșit pe un computer desktop, ar dura câteva mii de ani”, spune Vogelsberger. „Așadar, a trebuit să împărțim această muncă între zeci de mii de computere pentru a ajunge la o durată de funcționare rezonabilă de aproximativ șase luni.”

El și colegii săi au condus simulările pe supercalculatoare din Franța, Germania și Statele Unite pentru a reproduce evoluția galaxiilor într-un volum cubic al universului care măsoară 350 de milioane de ani lumină – cea mai mare simulare a universului dezvoltată vreodată la acea vreme.

Producția inițială de la Illustris a luat forma unor numere. Vogelsberger a făcut un pas mai departe pentru a transforma aceste numere în formă vizuală, condensând calculele extrem de complexe în videoclipuri scurte și uluitoare ale unui cub rotativ al universului timpuriu în expansiune, încolțind semințe de galaxii învolburate.

Vogelsberger și colegii săi a publicat o lucrare în Natură în 2014, detaliind rezultatul simulării, împreună cu vizualizările acesteia. De atunci, el a primit nenumărate solicitări pentru simulări, de la oameni de știință, instituții media și planetarii, unde vizualizările formării galaxiilor au fost proiectate pe domuri la înaltă definiție. Simulările au fost chiar comemorate sub forma unui timbru poștal german.

În 2013, Vogelsberger s-a alăturat facultății de fizică de la MIT, unde își amintește că a avut îndoieli inițiale cu privire la faptul că ar putea ține pasul cu „top of top”.

„Mi-am dat seama foarte repede că oamenii au așteptări mari, dar te ajută și să obții ceea ce trebuie să obții, iar departamentul este extrem de susținător la toate nivelurile”, spune el.

La MIT, el a continuat să perfecționeze simulările computerizate atât pentru formarea galaxiilor, cât și pentru distribuția materiei întunecate. Recent, grupul lui a fost eliberat Illustris TNG, o simulare mai mare și mai detaliată a formării galaxiilor. De asemenea, lucrează la o nouă simulare a câmpurilor de radiații în universul timpuriu, precum și la explorare diferite modele pentru materia întunecată.

„Toate aceste simulări încep cu un univers uniform – nimic altceva decât heliu, hidrogen și materie întunecată”, spune Vogelsberger. „Și când mă uit la modul în care totul evoluează pentru a semăna cu ceva asemănător universului nostru, mă face să mă întreb cât de departe am ajuns cu înțelegerea noastră despre fizică. Omenirea există de o perioadă scurtă; cu toate acestea, am reușit să dezvoltăm toate aceste teorii și tehnologii pentru a putea face așa ceva. Este destul de uimitor.”

Sursa articol

You might also like