До сих пор ученые изучали образование крупномасштабных космологических структур на основе численного моделирования ньютоновской гравитации. Эти коды постулируют, что само пространство не изменяется, оно считается статичным, в то время как время идет. Моделирование, которое он позволяет, очень точные, если материя во Вселенной движется медленно (то есть около 300 км в секунду). Однако, когда частицы вещества движутся с высокой скоростью, этот код позволяет только приблизительные вычисления.
Кроме того, он не описывает флуктуации темной энергии. Составляя 70% всей энергии Вселенной (остальные 30% составляют темная материя и обычная материя), он отвечает за ускоренное расширение Вселенной. Следовательно, необходимо было найти новый способ моделирования образования космологических структур и позволить изучить эти два явления.
Прикладная теория общей теории относительностиКоманда Рут Дюррер с кафедры теоретической физики факультета естественных наук UNIGE, таким образом, создала код под названием gevolution, основанный на общей теории относительности Эйнштейна. Действительно, общая теория относительности рассматривает пространство-время как динамическое, то есть, что пространство и время постоянно меняются, в отличие от статического пространства ньютоновской теории.
Цель состояла в том, чтобы предсказать амплитуду и влияние гравитационных волн и перетаскивания системы отсчета (вращения пространства-времени), вызванного образованием космологических структур.Для этого физики из UNIGE проанализировали кубическую часть пространства, состоящую из 60 миллиардов зон, каждая из которых содержит частицу (то есть часть галактики), чтобы изучить, как они движутся относительно своей соседи.
Благодаря библиотеке LATfield2 (разработанной Дэвидом Даверио из UNIGE), которая решает нелинейные уравнения в частных производных, и суперкомпьютеру из Швейцарского суперкомпьютерного центра в Лугано, исследователи смогли изучить движение частиц и вычислить метрику (меру расстояния и время между двумя галактиками во Вселенной) с помощью уравнений Эйнштейна. Полученные спектры этих расчетов позволяют количественно оценить разницу между результатами, полученными с помощью gevolution, и результатами, полученными с помощью кодов Ньютона. Это позволяет измерить эффект увлечения кадров и гравитационных волн, вносимых образованием структуры во Вселенной.Гравитационные волны и перетаскивание кадра, предсказанные gevolution
Действительно, перетаскивание кадра и гравитационные волны никогда не включались в моделирование до создания кода gevolution. Это открывает возможность для сравнения результатов моделирования эволюции Вселенной с наблюдениями.
С их новым кодом физики из UNIGE смогут проверить общую теорию относительности в гораздо более крупных масштабах, чем в настоящее время. Чтобы максимально открыть исследования в этой области, профессор Рут Дюррер и ее команда опубликуют свой код gevolution.
Возможно, скоро прольется свет на загадки темной энергии.