Sử dụng siêu máy tính để mô phỏng các tình huống xảy ra khi hai hành tinh va vào nhau

Phạm Hải

“Rõ ràng, chúng ta không biết chắc điều gì sẽ thực sự xảy ra khi các hành tinh va chạm với nhau, đơn giản bởi chưa có bất kỳ quan sát thực tế nào về hiện tượng này được ghi nhận, đồng thời việc dựng ra các mô hình mô phỏng trong phòng thí nghiệm cũng chỉ cho ra những kết quả hạn chế, thiếu tính thực tiễn”, tiến sĩ Jacob Kegerreis đến từ Đại học Durham (Vương quốc Anh), thành viên Viện Vũ trụ học tính toán (Computational Cosmology), cho biết.

Đây cũng chính là lý do thôi thúc Kegerreis và các cộng sự tiến hành một thử nghiệm đặc biệt: Sử dụng siêu máy tính để chạy hàng trăm mô phỏng về tình huống có thể xảy ra khi hai hành tinh đâm vào nhau - một sự kiện hủy diệt mà bất cứ ai quan tâm đến lĩnh vực vật lý thiên văn đều muốn được chứng kiến và dự đoán kết quả. Tất cả sẽ được thực hiện dựa trên những phép tính logic của hệ thống siêu máy tính COSMA.

Lời giải đáp cho các bí ẩn vũ trụ

Khi các nhóm nghiên cứu của Kegerreis bắt tay vào dự án tạo ra các hành tinh mô phỏng, họ trình bày các hành tinh dưới dạng hàng triệu hạt vật chất, trong đó mỗi hạt lại tương tác với nhau dưới lực hấp dẫn và áp suất vật chất. Mô phỏng tính đến các chi tiết thực tế chính xác một cách tỉ mỉ, tương tự cách thức những vật liệu hành tinh như đá và sắt hoạt động thực tế ở các mức nhiệt độ và mật độ khác nhau, cũng như cách thức trọng lực và áp suất tác động lên các hạt và cách các hạt này tương tác theo phương trình thủy động lực học.

“Chúng tôi tìm đến sự giúp đỡ của siêu máy tính vì chúng tôi cần mô phỏng nhiều triệu hạt vật chất để giải quyết chi tiết những gì sẽ xảy ra trong các vụ va chạm lộn xộn này, đặc biệt là với khí quyển có mật độ thấp. Điều này có nghĩa là sẽ một khối lượng tính toán khó khăn phải được thực hiện rất nhiều lần để xem hệ thống phát triển như thế nào trong suốt quá trình tác động", Kegerreis giải thích.

Chẳng hạn, giả thuyết được chấp nhận rộng rãi nhất hiện nay về quá trình hình thành của mặt trăng là do sự va chạm giữa Trái đất và một hành tinh khác có kích thước bằng sao Hỏa. Ngoài ra, cũng có giả thuyết cho rằng các mảnh vỡ từ vụ va chạm này đã bị mắc kẹt trong quỹ đạo Trái đất và cuối cùng tích tụ lại thành mặt trăng. Mô phỏng trong nghiên cứu của nhóm Kegerreis có khả năng làm sáng tỏ vấn đề này.

Có thể có năm hoặc sáu ý tưởng hợp lý đối với mỗi kịch bản tác động riêng biệt. Bằng cách lập mô phỏng cụ thể, nhóm nghiên cứu có thể đưa ra tính toán về lượng khí quyển của Trái đất bị mất đi trong các tình huống hình thành mặt trăng phổ biến nhất. Các con số nằm trong khoảng từ 10 đến 60% bầu khí quyển, tùy thuộc vào góc chính xác, tốc độ và kích thước hành tinh va chạm. Những nghiên cứu như vậy có thể giúp trả lời một số câu hỏi cơ bản về sự hình thành của một số hành tinh trong vũ trụ cũng như các đặc tính vật lý của chúng.