Den nya simuleringen omfattar en sfärformad kropp med en radie på 600 miljoner ljusår som utgår från Vintergatan, och den ger en exakt representation av alla kända strukturer av stor skala i det lokala universum. På så vis har simuleringen kunnat bestyrka den viktiga rollen mörk materia har haft då galaxer och galaxhopar har formats, vilket kosmologins standardmodell hade förutspått. Det internationella forskarteamet leddes av Helsingfors universitet och studiens resultat har publicerats i tidskriften Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS).
Tidigare simulationer har vanligtvis gjort modeller av slumpvis utvalda delar av universum, och då har jämförelser mellan observationerna endast kunnat göras på ett statistiskt plan. Inom den nya simuleringen har de simulerade objekten verkliga motsvarigheter som observerats i det närliggande universum, vilket betyder att jämförelserna mellan observationerna blivit mycket mera okomplicerade.
Dessutom kan vi nu studera tillkomsten och evolutionen av de strukturer som vi känner till i det närliggande universum. Avancerade algoritmer har krävts för att framställa denna numeriska simulation, där man har kunnat simulera varje del av rymden på basen av inmatade observationer. Framställningen innehöll över 130 miljarder partiklar av mörk materia och körningen av simulationen krävde flera miljoner timmar datorarbete för att producera över 1000 Terabyte av simulationsdata. Simuleringen kördes med superdatorn DiRAC COSmology MAchine (COSMA) som finns i Durham University i Storbritannien.
– Det är anmärkningsvärt att simulationen så exakt kan återge, förutom Lokalhopen som också innehåller Vintergatan och Andromeda, också alla de kända galaxhoparna, som Virgohopen, Comahopen och Perseushopen, säger postdoc-forskaren Stuart McAlpine från Helsingfors universitet.
– Tidigare simuleringar har endast sett på enstaka delar av universum. De är som kartor över en obekant stad, som kan ge dig en del information, men inte hjälper dig med detaljerad navigering. Däremot är Sibelius som en karta över astronomernas hemstad. Den ger en trogen avbild av verkliga strukturer från Vintergatan till Comahopen, vilka man kan observera i verkligheten, säger Till Sawala från Helsingfors universitet, som också är projektledare för SIBELIUS-projektet.
– Dessa simulationer är verkligen banbrytande eftersom de låter oss göra direkta jämförelser mellan simulationer och observationer, och därmed ger oss verktyg för att förstå hur många av de välkända objekten i det närliggande universum tillkom och har utvecklats, säger Peter Johansson, också från Helsingfors universitet.
Mörk materia och standardmodellen för kosmologi
Simuleringen kan användas för att testa standardmodellen för kosmologi som stöds av en mångfald av observationer.
– Simulationerna demonstrerar att den nu rådande favoritmodellen för kosmologi, den så kallade "kall mörk materia"-modellen, har kunnat ge upphov till alla observerade galaxer i universum. Enligt denna modell formades vår lokala del av universum under de senaste 13,7 miljarder åren, då gas svalnade inom haloer av mörk materia och därmed utformade galaxer, säger McAlpine.
Projektet SIBELIUS-DARK som nu har publicerats är en del av SIBELIUS-projektet "Simulations Beyond the Local Universe", som också har finansierats av Finlands Akademi. Stuart McAlpine från Helsingfors universitet är huvudförfattare av forskningsartikeln. Övriga medarbetare från Helsingfors är akademiforskare Till Sawala och professor Peter Johansson, medan övriga författare kommer från Storbritannien, Frankrike, Nederländerna och Sverige
“SIBELIUS-DARK: a galaxy catalogue of the Local Volume from a constrained realisation simulation”, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (MNRAS), 2022, in press, https://arxiv.org/abs/2202.04099
Mera information:
Stuart McAlpine (på engelska)
Till Sawala (på engelska)
Peter Johansson (på engelska och finska)