Chương trình Illustris tái hiện quá trình phát triển 13 tỉ năm của vũ trụ (+Video, Ảnh)

(Hình ảnh của  Illustris Collaboration)

Các nhà thiên văn học lần đầu tiên tạo ra hình ảnh vũ trụ ảo như thực.

 Một nỗ lực vượt bậc, các nhà khoa học thực hiện ngày một tốt hơn. Lần đầu tiên họ đã tạo ra “Vũ trụ ảo” bằng chương trình mô phỏng máy tính, được gọi là Illustris. Chương trình này có thể tái tạo ra quá trình phát triển 13 tỉ năm của Vũ trụ trong một khối lập phương có cạnh 350 triệu năm ánh sáng với độ phân giải cao chưa từng có.

“Cho tới nay, chưa có mô phỏng đơn lẻ nào có thể tái tạo vũ trụ đồng thời cả ở phạm vi lớn và nhỏ,” theo tác giả Mark Vogelsberger của Viện Công nghệ Massachusetts và Trung tâm Vật lý thiên văn trường Đại học Harvard-Smithsonian, người đã hợp tác với các nhà nghiên cứu của một số tổ chức trong đó có Viện nghiên cứu lý thuyết Heidelberg ở Đức.

Những kết quả này được đăng và phát hành vào ngày 8 tháng 5 trên tạp chí Tự Nhiên.

Do sự phức tạp của vật lý cơ sở và thiếu khả năng tính toán nên những nỗ lực trước đó để mô phỏng vũ trụ đã gặp phải trở ngại. Kết quả là, các chương trình đã bị giới hạn về độ phân giải hay chỉ tập trung vào một phần nhỏ của vũ trụ. Những lần mô phỏng trước đó đã thất bại trong xây dựng mô hình phản hồi phức tạp từ sự hình thành ngôi sao, vụ nổ siêu tân tinh, và những siêu hố đen.

Illustris sử dụng một chương trình máy phức tạp để tái hiện lại quá trình phát triển của vũ trụ với độ phân giải cao. Nó bao gồm cả vật chất thông thường và vật chất tối bằng cách sử dụng 12 tỷ “điểm ảnh” 3D.

Để phát triển chương trình Illustris, nhóm nghiên cứu đã phải mất tới 5 năm, và mất 3 tháng “để chạy chương trình” tính toán với tổng số 8,000 chiếc CPU chạy đồng thời. Nếu họ chỉ sử dụng một chiếc máy tính để bàn thông thường thì phải mất 2,000 năm mới hoàn thành chương trình tính toán.

Mô phỏng trên máy tính bắt đầu chạy sau vụ nổ Big Bang chỉ khoảng 12 triệu năm. Khi mô phỏng đến thời điểm hiện tại, các nhà thiên văn ước tính có hơn 41,000 thiên hà được mô phỏng trong khối không gian hình lập phương. Điều quan trọng hơn đó là Illustris “sản sinh” ra được sự kết hợp thực tế của các thiên hà xoắn ốc như dải ngân hà và các thiên hà elip có hình quả bóng. Đồng thời, nó cũng tái tạo các cấu trúc quy mô lớn như cụm ngân hà, các quả cầu bóng khí và những khoảng trống của lưới vũ trụ có cấu trúc quy mô lớn. Trên quy mô nhỏ, nó tái tạo chính xác các chất hóa học của các thiên hà riêng biệt.

Vì ánh sáng truyền đi với vận tốc không đổi, càng quan sát xa, các nhà thiên văn học càng nhìn thấy đối tượng tại thời điểm cách hiện tại khoảng thời gian càng lớn. Một thiên hà cách chúng ta 1 tỉ năm ánh sáng thì chúng ta đang quan sát nó tại thời điểm 1 tỉ năm trước. Kính viễn vọng Hubble có thể cung cấp cho chúng ta cái nhìn từ thời điểm ban đầu của vũ trụ nhờ quan sát ở khoảng cách rất xa. Tuy nhiên, các nhà thiên văn không thể sử dụng kính viễn vọng Hubble để theo dõi sự phát triển của một thiên hà theo thời gian.

Tiến sỹ Shy Genel, đồng tác giả của dựa án CfA, cho hay “Illustris giống như một cỗ máy thời gian. Chúng ta có thể nhìn về tương lai cũng như về quá khứ. Chúng ta có thể tạm dừng mô phỏng và phóng to một thiên hà hay cụm thiên hà riêng lẻ để quan sát xem chuyện gì thực sự đang diễn ra”

Nhóm nghiên cứu đang cho phát hành một video với độ nét cao, sử dụng kỹ xảo chuyển động hình ảnh (hoạt hình) giữa các thành phần khác nhau của quá trình mô phỏng để làm nổi bật các lớp khác nhau (ví dụ như mật độ của vật chất tối, nhiệt độ khí gas hay chất hóa học). Họ cũng đang cho phát hành một số đoạn video nhỏ hơn và hình ảnh liên quan.

Hình ảnh tĩnh lấy từ quá trình mô phỏng của Illustris này là trung tâm của cụm thiên hà lớn nhất còn tồn tại đến ngày nay. Các sợi màu xanh-tím cho thấy vị trí của các vật chất tối, chúng hút các vật chất thông thường bằng lực hấp dẫn và giúp các thiên hà liên kết lại với nhau. Bong bóng màu đỏ, vàng và trắng cho thấy nơi khí gas đang nổ ra ngoài  bởi siêu tân tinh hay những tia từ lỗ đen siêu lớn. (Hình ảnh của Illustris Collaboration)

Để đọc “Toàn bài viết”, xin mời bạn ghé thăm trang web của Trung tâm Thiên Văn học của trường Đại học Harvard-Smithsonian. Đăng lại từ tuần san Harvard

Theo Việt Đại Kỷ Nguyên