Symulacje numeryczne ciemnego wszechświata

Zgodnie z dominującym poglądem wszechświat jest kształtowany przez dwa tajemnicze elementy, których astronomowie nie są w stanie bezpośrednio zaobserwować ani zmierzyć: ciemną materię i ciemną energię. To znacząco utrudnia ustalenie, czy nasze aktualne rozumienie ich dostrzegalnych efektów jest prawidłowe.

Jednym ze sposobów, dzięki którym naukowcy mogą upewnić się, że używają wszystkich istotnych informacji potrzebnych dla prawidłowej interpretacji danych kosmologicznych, jest wykorzystanie modeli wszechświata. W ramach finansowanego ze środków UE projektu SIDUN (Simulating the dark Universe) naukowcy przeprowadzili symulacje różnych scenariuszy kosmologicznych.

Aby odtworzyć szczegóły ewolucji wszechświata, uczeni udoskonalili oprogramowanie do symulacji hydrodynamicznych, w których zawartość wszechświata traktowana jest jako ciecz. Te symulacje kosmologiczne skupiają się przede wszystkim na konkurujących ze sobą scenariuszach oddziałującej ciemnej energii oraz zmodyfikowanych modelach grawitacyjnych.

Jednak uczestnicy projektu SIDUN połączyli także symulacje dwóch różnych scenariuszy przyspieszenia kosmicznego z rozszerzeniami modelu standardowego, w tym masywnymi neutrinami. Modele numeryczne inflacji kosmologicznej umożliwiły uzyskanie znaczącego poziomu asymetrii w pierwotnym rozkładzie masy.

Naukowcy liczą, że wyniki tych symulacji pozwolą odpowiedzieć na niektóre pytania dotyczące ciemnej materii, ciemnej energii i ogólnej budowy kosmosu. W szczególności, ciemna energia może napędzać coraz szybsze rozszerzanie się wszechświata.

Istnieje wiele teorii na temat ciemnej energii. Może być ona nieodkrytą jeszcze cechą grawitacji, widoczną w dużej skali. Może też być aspektem ogólnej teorii względności, o którym naukowcy nie mieli dotąd pojęcia. Nowe dane symulacyjnej o wysokiej rozdzielczości powinny umożliwić uchwycenie bardzo subtelnych efektów ciemnej energii.

Wyniki projektu SIDUN zostały już wykorzystane w symulacjach na potrzeby planowanej misji Euclid Europejskiej Agencji Kosmicznej (ESA), mającej na celu zbadanie ciemnego wszechświata. Dzięki temu kosmologowie powinni być w stanie wykluczyć niektóre możliwe wyjaśnienia i stworzyć dokładniejszą teorię opisującą, jak działa wszechświat.