Ученым-астрономам удалось совершить то, на фоне чего симуляция типа «Матрицы» выглядит древней компьютерной игрой 1980-х годов. Они при помощи комплекта программ компьютерного моделирования «Illustris» создали невероятно реалистичную математическую модель Вселенной, которая охватывает период ее развития, равный 13 миллионам лет. Виртуальное космическое пространство моделируется с невероятно высокой разрешающей способностью, а область моделируемого пространства представляет собой куб с гранью, длиной 350 миллионов световых лет.

«До последнего момента времени на Земле еще не было создано столь масштабной математической модели Вселенной, имеющей, к тому же, высокую разрешающую способность» — рассказывает Марк Фогелсбергер (Mark Vogelsberger), ученый-астрофизик из Центра астрофизики Гарварда-Смитсона (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, CfA), который возглавлял международную группу проекта, состоящую из ученых из различных стран.

Предыдущие попытки создания математической модели Вселенной натыкались на препятствие в виде недостаточных вычислительных мощностей, которые не могли обеспечить сложнейшие физические расчеты. В результате этого предыдущие математические модели либо имели недостаточную разрешающую способность, либо охватывали собой лишь малую часть Вселенной. Кроме этого, недостаточная вычислительная мощность не могла обеспечить качественную обратную связь между основной моделью и моделями высокоэнегретических астрофизических явлений относительно небольшого масштаба, таких, как формирование новых звезд, взрывов сверхновых и появления сверхмассивных черных дыр.

Программа Illustris, реализованная на современных технологиях компьютерного моделирования, позволяет создать достаточно подробную модель Вселенной, состоящую из 12 миллиардов трехмерных «пикселов». Каждый из этих пикселов также является более примитивной моделью области пространства, заключающей в себе как обычную, так и темную материю. На создание математической модели ушло в общей сложности пять лет упорной работы ученых, а фактические расчеты математической модели заняли около трех месяцев работы суперкомпьютера, в составе которого находится около 8 тысяч процессоров. Если бы эта модель рассчитывалась при помощи обычного компьютера средней конфигурации, то время расчетов составило бы около 2 тысяч лет.

Расчеты математической модели Вселенной начинаются с момента 12 миллионов лет спустя момента Большого Взрыва. К концу расчетов в кубе моделируемого пространства находилось более 41 тысячи галактик. Также в виртуальной Вселенной сформировались и астрономические объекты большего класса, такие, как скопления галактики, узлы и пустоты глобальной космической сети. А на самом маленьком уровне математическая модель позволяла смоделировать химические и физические процессы, происходящие в отдельно взятых звездах и галактиках.

«Математическая модель Illustris представляет собой своего рода машину времени. Имея на руках данные расчетов, мы можем свободно перемещаться во времени вперед и назад в рамках временного промежутка математического моделирования. В любой момент мы можем «нажать на паузу» и увеличить масштаб изображения до уровня отдельной галактики или скопления галактик» — рассказывает Ши Женел (Shy Genel), ученый из центра CfA.