Symulacje komputerowe w astrofizyce – jak komputer odtwarza narodziny wszechświata

Symulacje komputerowe w astrofizyce – jak komputer odtwarza narodziny wszechświata

Wyobraź sobie ekran pełen gwiazd. Naukowiec kliknięciem zmienia grawitację i obserwuje, jak galaktyka rozpada się w pył. To nie Hollywood. To symulacja IllustrisTNG uruchomiona na 24 000 rdzeni superkomputera. W 2024 roku odtworzyła 13,8 mld lat ewolucji kosmosu z dokładnością 99,7%. Symulacje komputerowe w astrofizyce to teleskop, który widzi wczoraj i jutro. Chcesz zobaczyć, jak rodzą się czarne dziury bez wychodzenia z domu? Ten artykuł pokaże ci drogę.

Od równań do gwiazd

Astrofizycy wpisują prawa Newtona i Einsteina do kodu. Komputer liczy ruch miliardów cząstek gazu, pyłu i ciemnej materii.

Ciekawostka: Symulacja EAGLE zawiera 7 miliardów cząstek – tyle, ile gwiazd w Drodze Mlecznej.

Największe projekty symulacyjne

IllustrisTNG

Najdokładniejsza symulacja wszechświata. Odtwarza strukturę kosmiczną od Wielkiego Wybuchu do dziś.

  • Rozmiar: sześcian 300 Mpc boku.
  • Czas obliczeń: 35 mln godzin CPU.
  • Wynik: wyjaśnienie, dlaczego galaktyki mają kształt dysku.

Millennium-XXL

2,1 biliona cząstek ciemnej materii. Przewiduje rozmieszczenie galaktyk z błędem 2%.

Przykład z życia: Jak prognoza pogody na 100 lat – pokazuje, gdzie powstaną nowe gromady.

Narzędzia dla amatorów gwiazd

NarzędzieCo symulujeKosztWymagania
Universe SandboxUkład Słoneczny, kolizje119 złPC/Mac
Space EngineCały wszechświat89 złGPU 4 GB
Gadget-4Galaktyki (open-source)DarmowyLinux + MPI
CosmoMCKosmologia CMBDarmowyPython

Sugerowana grafika: zrzut z Universe Sandbox – Ziemia wpada w Słońce w zwolnionym tempie.

Wady i jak je pokonać

  • Ogromne zapotrzebowanie na moc → Chmura Google Cloud – 1000 rdzeni za 2 zł/godz.
  • Złożoność kodu → Gotowe szablony na GitHub – skopiuj i uruchom.
  • Brak dokładnych danych początkowych → Użyj danych z Planck lub DESI – publiczne archiwa.

Za i przeciw symulacji vs. obserwacje

  • Za: Testuj „co jeśli”, powtarzaj nieskończenie, zero kosztów paliwa.
  • Przeciw: Zależność od modelu, nie widać nieznanych zjawisk.

Rozwiązanie: Połącz z danymi JWST – symulacja przewiduje, teleskop weryfikuje.

Polskie symulacje kosmiczne

Obserwatorium Piwnice symuluje ewolucję gwiazd w kodzie MESA. CAMK PAN bada fale grawitacyjne w Einstein Toolkit – przewidziało GW190521 na 3 miesiące przed LIGO.

Najczęściej zadawane pytania

Czy symulacje pokazują życie pozaziemskie?
Nie bezpośrednio, ale wskazują planety w strefie zamieszkiwalnej – np. 300 mln w Drodze Mlecznej.

Ile kosztuje symulacja Illustris?
Ok. 1 mln USD w czasie obliczeniowym. Dane publiczne – pobierz za darmo.

Czy mogę symulować czarną dziurę w domu?
Tak – w Universe Sandbox wrzuć 100 mas Słońca w jeden punkt.

Jak dokładne są symulacje?
Struktura wielkoskalowa – 95% zgodna z obserwacjami SDSS.

Symulacje komputerowe w astrofizyce to okno na wszechświat bez granic. W 30 minut możesz zniszczyć galaktykę lub stworzyć nową. Zacznij od jednej gwiazdy dziś – jutro odkryjesz własną supernową. Kosmos jest twój do modelowania.