Наиболее точную и всеобъемлющую на данный момент компьютерную модель эволюции крупномасштабной структуры Вселенной, получившую название «Bolshoi», создали астрономы из США, Германии и России под руководством профессора университета Нью-Мексико Анатолия Клыпина (Anatoly Klypin).

Модель, рассчитанная с помощью суперкомпьютера Pleiades, установленного в исследовательском центре НАСА имени Эймса, станет мощным инструментом для исследования эволюции Вселенной в целом, в частности, процесса формирования галактик, а также для поисков ответа на вопрос о природе темной материи и темной энергии.

«Такие большие космологические модели крайне важны для интерпретации результатов текущих астрономических наблюдений и для планирования новых больших проектов исследования Вселенной, которые, как ожидается, могут раскрыть тайну природы темной энергии», — говорит Клыпин, слова которого приводятся в сообщении университета.
Две статьи, подготовленные им и его коллегами на базе данных, полученных с помощью модели, уже приняты к печати в Astrophysical Journal.

Предыдущая большая модель Вселенной, Millennium Run, созданная в 2005 году европейскими учеными, основывалась на данных о реликтовом микроволновом излучении, полученных зондом WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Этот зонд помог создать карту малых вариаций в микроволновом фоне, который является следом Большого взрыва. Однако с момента создания Millennium Run объем данных значительно вырос и в основу модели «Большой» лег набор данных WMAP5, накопленный за пять лет.

Теоретической основой для модели стала стандартная космологическая модель Lambda-CDM (Lambda-Cold Dark Matter), основанная на предположении, что гравитация, действовавшая на небольшие колебания плотности, возникшие после Большого взрыва, создала первые скопления темной материи, которые, разрастаясь, породили структуры, давшие начала скоплениям галактик.

Хотя природа темной материи неясна, на ее долю приходится 82% всей материи, поэтому эволюция Вселенной в основном зависела от гравитации сгустков темной материи. Обычная материя, под действием гравитации этих сгустков, превращалась в галактики в центре гало из темной материи.

Главная задача «Большого» — проследить за эволюцией этих сгустков. Свойства гало темной материи ученые описали в одной из статей, опубликованной в Astrophysical Journal. Другая статья посвящена моделированию свойств галактик. Сравнение расчетных данных и наблюдений показывает, что компьютерная модель достаточно хорошо описывает реальную Вселенную.

Программа, написанная Клыпиным, позволяет описать эволюцию кубического объема Вселенной со стороной в 1 миллиард световых лет, в котором происходит взаимодействие 8,6 миллиарда частиц темной материи. Чтобы полностью прокрутить эту модель суперкомпьютеру Pleiades, седьмому в мире по мощности, требуется 6 миллионов часов процессорного времени.

Другой вариант модели, BigBolshoi или MultiDark, оперирует тем же количеством частиц, но в 64 раза большем объеме. Эта модель используется для предсказания свойств и распределения скоплений галактик. Мини-вариант MiniBolshoi позволяет исследовать небольшие объемы, но с более высоким разрешением.

Клыпин и его коллеги продолжают исследовать возможности модели. В частности, они показали, что она хорошо воспроизводит число галактик, подобных Млечному пути имеющих спутники, похожие на Большое и Малое Магеллановы облака.