Το Σύμπαν επιβραδύνει; Ο υπερυπολογιστής Fugaku ρίχνει φως στο μυστήριο της Σκοτεινής Ενέργειας
Στην Ιαπωνία, ένας από τους πιο ισχυρούς υπερυπολογιστές του πλανήτη, ο Fugaku, αξιοποιήθηκε για να απαντήσει σε ένα από τα πιο αινιγματικά ερωτήματα της σύγχρονης Κοσμολογίας: τι είναι τελικά η Σκοτεινή Ενέργεια και μήπως η ισχύς της αλλάζει με τον χρόνο;
Η Σκοτεινή Ενέργεια, μια αόρατη δύναμη που ευθύνεται για την επιταχυνόμενη διαστολή του Σύμπαντος, αποτελεί το 70% της συνολικής του σύστασης. Παρόλα αυτά, η φύση της παραμένει ένα από τα μεγαλύτερα μυστήρια της επιστήμης.
Ο Fugaku, που αναπτύχθηκε από το ερευνητικό κέντρο Riken στο Kobe, διαθέτει περισσότερους από 150.000 επεξεργαστές και υπολογιστική ισχύ που ξεπερνά τα 442 petaflops, καθιστώντας τον ικανό να πραγματοποιεί ασύλληπτα πολύπλοκους υπολογισμούς. Με αυτά τα τεχνικά χαρακτηριστικά, ο υπερυπολογιστής χρησιμοποιήθηκε για να «αναπαραστήσει» την εξέλιξη του Σύμπαντος, μέσα από μία από τις πιο λεπτομερείς προσομοιώσεις Σκοτεινής Ενέργειας που έχουν γίνει ποτέ.
Η διεθνής ερευνητική ομάδα, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Tomoaki Ishiyama από το University of Chiba και με τη συμμετοχή επιστημόνων από την Ισπανία και τις ΗΠΑ, επιδίωξε να εξετάσει ένα θεμελιώδες ερώτημα: είναι η Σκοτεινή Ενέργεια μια σταθερά του Σύμπαντος ή μήπως μεταβάλλεται με την πάροδο του χρόνου;
Για δεκαετίες, η επικρατούσα θεωρία, γνωστή ως μοντέλο ΛCDM (Lambda Cold Dark Matter), υποστήριζε ότι η δύναμη που ωθεί το Σύμπαν να διαστέλλεται παραμένει αμετάβλητη. Ωστόσο, τα πιο πρόσφατα δεδομένα του προγράμματος Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) έφεραν αμφιβολίες. Ορισμένες μετρήσεις φαίνεται να υποδεικνύουν ότι η Σκοτεινή Ενέργεια ενδέχεται να εξασθενεί σταδιακά.
Για να ελέγξουν αυτή την υπόθεση, οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τον Fugaku για να εκτελέσουν τρεις υπερυψηλής ανάλυσης κοσμολογικές προσομοιώσεις, καθεμία με όγκο οκταπλάσιο από εκείνον προηγούμενων μελετών. Στη μία από αυτές εφαρμόστηκε το κλασικό μοντέλο ΛCDM, ενώ στις άλλες δύο εισήχθη μια δυναμική εκδοχή της Σκοτεινής Ενέργειας, γνωστή ως DDE (Dynamical Dark Energy), η οποία μεταβάλλεται με τον χρόνο. Μία από τις DDE προσομοιώσεις βασίστηκε στα δεδομένα του DESI και περιλάμβανε πυκνότητα ύλης κατά 10% μεγαλύτερη από το καθιερωμένο μοντέλο.
Τα αποτελέσματα ήταν εντυπωσιακά. Αν και η μεταβολή της Σκοτεινής Ενέργειας από μόνη της δεν προκάλεσε θεαματικές διαφορές στη συνολική εξέλιξη του Σύμπαντος, ο συνδυασμός της με αυξημένη πυκνότητα ύλης οδήγησε σε ένα απροσδόκητο φαινόμενο: στα πρώτα δισεκατομμύρια χρόνια μετά το Big Bang, σχηματίστηκαν έως και 70% περισσότερα σμήνη γαλαξιών σε σχέση με όσα προβλέπει το παραδοσιακό μοντέλο. Αυτό σημαίνει ότι το νεαρό Σύμπαν ίσως ήταν πολύ πιο πυκνό και δραστήριο απ’ όσο πιστεύαμε μέχρι σήμερα.
Ένα ακόμη πιο αξιοσημείωτο στοιχείο είναι ότι οι προσομοιώσεις του Fugaku συμβαδίζουν με τις παρατηρήσεις του DESI, ενισχύοντας την ιδέα ότι η Σκοτεινή Ενέργεια μπορεί να μην είναι μια σταθερή δύναμη, αλλά μια μεταβλητή που εξελίσσεται με τον χρόνο. Όπως εξηγεί ο καθηγητής Ishiyama, οι μελλοντικές αποστολές παρατήρησης, όπως εκείνες που θα πραγματοποιηθούν με το τηλεσκόπιο Subaru και το ίδιο το DESI, θα προσφέρουν ακριβέστερα δεδομένα για την επιβεβαίωση ή την αναθεώρηση αυτής της θεωρίας.
Η συμβολή του Fugaku σε αυτή την έρευνα επιβεβαιώνει τη θέση της Ιαπωνίας στην αιχμή της τεχνολογίας και της υπολογιστικής επιστήμης. Ο υπερυπολογιστής, που μέχρι το 2022 κατείχε τον τίτλο του ταχύτερου στον κόσμο, συνεχίζει να αποτελεί βασικό εργαλείο για τη μελέτη θεμελιωδών ερωτημάτων της φυσικής, από την προέλευση του Σύμπαντος έως την ανάπτυξη της τεχνητής νοημοσύνης.
Παράλληλα, ήδη βρίσκεται σε εξέλιξη η ανάπτυξη του διαδόχου του, του FugakuNEXT, ενός νέου συστήματος αξίας περίπου 750 εκατομμυρίων ευρώ. Ο στόχος του είναι να επεκτείνει ακόμη περισσότερο τα όρια της επιστημονικής έρευνας και να επιτρέψει προσομοιώσεις σε επίπεδα που μέχρι πρότινος θεωρούνταν αδύνατα.
Η μελέτη αυτή δεν δίνει οριστικές απαντήσεις για το αν το Σύμπαν «επιβραδύνει» ή αν η σκοτεινή ενέργεια αλλάζει τη συμπεριφορά της, αλλά ανοίγει έναν νέο δρόμο στην κατανόηση της κοσμικής εξέλιξης. Αν η υπόθεση της δυναμικής σκοτεινής ενέργειας επιβεβαιωθεί, τότε ίσως χρειαστεί να επαναπροσδιορίσουμε όσα γνωρίζουμε για την ιστορία – και το μέλλον – του Σύμπαντος.
