Theo vũ trụ học hiện đại, vụ nổ Big Bang đánh dấu sự tạo thành của vật chất, không gian và thời gian cách đây khoảng 13,8 tỷ năm. Kể từ đó, những cấu trúc nhìn thấy của vũ trụ đã được tạo dựng và phát triển, đó là hàng tỷ thiên hà liên kết khí, bụi, các ngôi sao và hành tinh bởi lực hấp dẫn của chúng và ở trung tâm của mỗi thiên hà đó là một lỗ đen siêu nặng. Thếnhuwng làm thế nào những cấu trúc này đã được tạo thành từ những điều kiện ban đầu của vũ trụ?
Để trả lời câu hỏi đó, các nhà vật lý thiên văn lý thuyết sử dụng tới những giả lập mô phỏng vũ trụ. Họ chuyển những hiểu biết của mình về những quá trình vật lý tạo thành vũ trụ thành những mô hình toán học và mô phỏng quá trình tiến hoá của vũ trụ suốt hàng tỷ năm trên những máy tính rất mạnh.
Một nhóm các nhà vật lý thiên văn lý thuyết tại đại học Ludwig Maximilian - Munich, Đức (LMU) đứng đầu bởi Klaus Dolag, thuộc nhóm dự án Magneticum Pathfinder, đã đưa ra một giả lập thuỷ động lực học mới và độc nhất về phân phối qui mô lớn của vật chất nhìn thấy trong vũ trụ. Mô hình này có sự tham gia của những kết quả mới đây nhất về ba thành phần quan trọng nhất của vũ trụ là năng lượng tối, vật chất tối và vật chất nhìn thấy.
Các nhà khoa học kết hợp mộtk loạt các quá trình vật lý vào trong tính toán của mình. Trong đó có ba quá trình rất quan trọng trong sự phát triển của vũ trụ nhìn thấy: thứ nhất là sự cô đặc vật chất vào các ngôi sao; thứ hai là quá trình tiến hoá khi vật chất bao quanh bị đốt nóng nhờ gió sao và rồi các vụ nổ supernova làm phong phú thêm các nguyên tố hoá học của vũ trụ; và thứ ba là quá trình bồi tụ vật chất vào các lỗ đen siêu nặng giải phóng một lượng năng lượng khổng lồ vào vũ trụ.
Mô hình hoàn thiện nhất mô phỏng một khoảng không gian của vũ trụ tương đương với một khối lập phương có cạnh dài 12,5 tỷ năm ánh sáng. Đây là phần vũ trụ lớn nhất từng được giả lập từ trước tới nay. Nó là một dữ liệu khổng lồ trước đây chưa từng có, được chia thành 180 tỷ phần, mỗi phần gồm 500 byte thông tin mô phỏng những đặc tính cụ thể của vũ trụ.
Lần đầu tiên, số lượng lớn các đặc tính này có thể được so sánh giữa một mô hình giả lập với những khảo sát thiên văn qui mô lớn. "Các khảo sát thiên văn học từ các kính thiên văn không gian như Planck hay Hubble quan sát một bộ phận lớn của vũ trụ nhìn thấy trong khi những giả lập trước đây chỉ mô phỏng được một phần rất nhỏ của vũ trụ, nên việc so sánh trực tiếp là gần như không thể", Klaus Dolag cho biết.
"Tuy vậy, Magneticum Pathfinder đánh dấu sự khởi đầu của một kỷ nguyên mới vầ vũ trụ học máy tính (computer-based cosmology)".
Thành tựu này có được bởi quá trình 10 năm nghiên cứu và phát triển với sự tham gia của các chuyên gia tại Trung tâm siêu máy tính Leibniz (LRZ) thuộc Viện khoa học Bavarian - Một trong những trung tâm máy tính khoa học mạnh nhất châu Âu. "Một trong những thách thức lớn nhất cho vấn đề phức tạp này là tìm ra sự cân bằng chuẩn giữa việc tối ưu hoá các mã giả lập và sự phát triển của mô hình vật lý" - Dolag nói.
Việc cho ra đời mô phỏng lớn nhất này của dự án Magneticum Pathfinder đã tốn mất 2 năm. Nhóm nghiên cứu của Klaus Dolag đã được hỗ trợ bởi các nhà vật lý ở trung tâm dữ liệu C2PAP ở LRZ.
Mô phỏng này đòi hỏi sử dụng tất cả 86.016 lõi máy tính (core) và huy động 155 trong tổng số 194TB (terabyte) của bộ nhớ chính của siêu máy tính được sử dụng. Tổng dung lượng dữ liệu khoa học do giả lập này tạo ra là 320TB.
Bryan
(VACA)
Theo Science Daily
