Fisikawan Ciptakan Simulasi Alam Semesta yang Terinci, Mirip Aslinya?

Liputan6.com, California - Menurut banyak ilmuwan, pembentukan galaksi adalah kombinasi kompleks antara materi dan energi yang terjadi pada tahap proporsi kosmik dan membentang miliaran tahun silam.

Keragaman galaksi yang terstruktur dan dinamis muncul dari kekacauan yang ditimbulkan pasca-Big Bang, tetapi ini masih menjadi salah satu teka-teki kosmologi paling sulit dan belum terpecahkan.

Dalam mencari jawaban, tim peneliti internasional menciptakan model alam semesta berskala besar yang paling detail untuk waktu sekarang, sebuah simulasi yang mereka sebut TNG50.

Alam semesta ala dunia maya mereka, sekitar 230 juta tahun cahaya, berisi puluhan ribu galaksi yang berkembang dengan tingkat detail yang sebelumnya hanya terlihat dalam model galaksi tunggal.

Simulasi ini melacak lebih dari 20 miliar partikel yang mewakili materi gelap, gas, bintang, dan lubang hitam supermasif selama periode 13,8 miliar tahun.

Resolusi dan skala perbandingan yang digunakan memungkinkan para periset untuk mengumpulkan gagasan tentang masa lalu alam semesta, dengan harapan bisa mengungkapkan perubahan berbagai galaksi ke dalam bentuk aneh dan dan bagaimana ledakan bintang beserta lubang hitam memicu evolusi galaksi ini.

Hasilnya diterbitkan dalam dua artikel yang akan ditampilkan pada edisi Desember 2019 di jurnal Monthly Noticeices of the Royal Astronomical Society.

2 dari 3 halaman

Sekilas Tentang TNG50

Gambar Menakjubkan Alam Semesta — Gambar menakjubkan alam semesta. (Unmismoobjectivo/Wikimedia Coomons/@Pablo Carlos Budassi)

TNG50 adalah simulasi terbaru yang dibuat oleh IllustrisTNG Project, yang ingin membangun gambaran lengkap mengenai cara alam semesta berevolusi sejak Dentuman Besar, dengan menghasilkan kosmik berskala besar tanpa mengorbankan detail halus dari galaksi individu.

"Simulasi ini adalah kumpulan data besar di mana kita bisa belajar banyak dengan membedah dan memahami pembentukan dan evolusi galaksi di dalamnya," kata Paul Torrey, profesor fisika di University of Florida dan penulis pendamping studi tersebut, mengutip Live Science, Minggu (24/11/2019)

"Apa yang baru tentang TNG50 adalah kita bisa mendapatkan resolusi spasial dan massa yang cukup tinggi di dalam galaksi-galaksi yang memberi kita gambaran jelas tentan struktur internal sistem, bahkan ketika mereka terbentuk dan berevolusi."

Simulasi itu membutuhkan 16.000 inti prosesor dari super-komputer Hazel Hen di Stuttgart, Jerman, dan dijalankan secara terus menerus selama lebih dari setahun.

Perhitungan yang sama akan membutuhkan sistem prosesor tunggal 15.000 tahun untuk dihitung. Meskipun merupakan salah satu simulasi astrofisika paling berat dalam sejarah, para peneliti percaya investasi mereka 'terbayar'.

"Dalam simulasi kami, kami melihat fenomena yang belum diprogram secara eksplisit ke dalam kode simulasi. Fenomena ini muncul secara alami, dari interaksi yang kompleks melalui bahan-bahan fisik dasar alam semesta model kami," ungkap Dylan Nelson, seorang postdoctoral fellow di Max Planck Institute for Astrophysics, Munich, Jerman.

3 dari 3 halaman

Masih Jauh dari Selesai

Fenomena yang muncul itu mungkin penting untuk memahami mengapa alam semesta muncul seperti sekarang ini, setelah 13,8 miliar tahun atau pasca-Big Bang.

TNG50 memungkinkan para peneliti untuk melihat secara langsung bagaimana galaksi muncul dari awan gas yang bergejolak, yang hadir tak lama setelah alam semesta lahir.

Mereka menemukan galaksi berbentuk cakram yang umum di lingkungan kosmik kita, yang secara alami terlihat dalam simulasi dan menghasilkan struktur internal, termasuk lengan spiral, tonjolan (bulge), dan palang yang memanjang dari pusat lubang hitam supermasif.

Ketika ilmuwan membandingkan alam semesta yang dihasilkan komputer dengan kehidupan nyata, mereka menemukan populasi galaksi simulasi --secara kualitatif-- konsisten seperti di kenyataan.

Saat galaksi tiruan ini terus mendatar menjadi cakram berputar yang tertata dengan baik, fenomena lain mulai timbul. Ledakan supernova dan lubang hitam supermasif di jantung setiap galaksi menciptakan aliran gas yang menyembur dengan kecepatan tinggi.

Aliran ini berubah menjadi air mancur gas yang naik ribuan tahun cahaya di atas galaksi. Tarik-menarik gravitasi akhirnya membawa sebagian besar gas tersebut kembali ke cakram galaksi, mendistribusikannya ke tepi luar galaksi dan menciptakan umpan balik berulang dari aliran keluar dan aliran masuk.

Selain mendaur ulang bahan untuk membentuk bintang-bintang baru, arus keluar juga terbukti mengubah struktur galaksi simulasi. Gas-gas daur ulang mempercepat transformasi galaksi menjadi piringan tipis yang terus berputar.

Terlepas dari temuan awal ini, tim peneliti masih harus melakukan riset lebih jauh. Mereka pun berencana untuk merilis semua data simulasi secara terbuka agar bisa dimanfaatkan oleh para astronom di seluruh dunia untuk mempelajari kosmos virtual.

"Ada jalan besar di depan kita sekarang setelah simulasi ini selesai," kata Torrey. "Seluruh tim peneliti bekerja untuk lebih memahami sifat-sifat terperinci dari galaksi-galaksi yang terbentuk dan tren apa yang muncul dalam data itu."