Китайски учени и международни сътрудници са използвали една от най-големите космологични симулации, създавани някога, за да „превъртят напред“ Вселената от Големия взрив до наши дни в суперкомпютър.
Проектът, наречен HyperMillennium и ръководен от Националните астрономически обсерватории на Китайската академия на науките, симулира кубичен обем пространство от 12 милиарда светлинни години от всяка страна. Това е приблизително еквивалентно на подреждането на около 120 000 галактики от Млечния път една до друга.
В тази цифрова вселена 4,2 трилиона виртуални частици тъмна материя се развиват под действието на гравитацията, възпроизвеждайки 13,8 милиарда години космическа история. Тъмната материя се отнася до невидима форма на материя, която не излъчва и не абсорбира светлина, но се смята, че съставлява около 85 процента от цялата материя във Вселената и осигурява гравитационната „рамка“, върху която се формират галактиките.
„Поради огромния мащаб на Вселената и дългия ход на нейната еволюция, далечните галактики, наблюдавани чрез телескопи, всъщност са статични моментни снимки, датиращи от преди милиарди или дори десетки милиарди години, което прави невъзможно проследяването на тяхната еволюция в реално време“, каза Гао Лианг, професор в Националните астрономически обсерватории, който ръководи проекта.
Гао каза, че обикновената материя, която излъчва светлина, представлява само „видима повърхност“ на космоса, докато тъмната материя формира неговия „невидим скелет“. Тъй като тъмната материя не взаимодейства с електромагнитното излъчване, тя не може да бъде директно наблюдавана с телескопи.
„Космологичните симулации са ключът към решаването на този пъзел. Чрез изчисляване на гравитационните взаимодействия между огромен брой виртуални частици от тъмна материя, те могат да реконструират – с висока прецизност – еволюцията на Вселената от нейните ранни дни до настоящето, което ни позволява директно да „видим“ как частиците от тъмната материя се групират, разпределят и образуват структури във времето“, каза той. „Като сравняваме симулирани виртуални вселени с реални наблюдения с телескоп, учените могат да тестват и прецизират теоретичните модели на тъмната материя и тъмната енергия.“
Wang Qiao, изследовател в обсерваторията, каза, че проучванията на небето от следващо поколение увеличават търсенето на такива симулации. Те включват мисията Euclid на Европейската космическа агенция и телескопа на Китайската космическа станция.
Той каза, че симулациите трябва да балансират две конкурентни изисквания: достатъчно голям обем, за да съответства на обхвата на проучванията на небето и изключително фина разделителна способност за улавяне на образуването на малки галактики.
„Появата на свръхмащабни космологични симулации като HyperMillennium има за цел да преодолее празнината, предизвикана от прогреса на наблюденията, осигурявайки решаваща връзка в стремежа на човечеството да разбере най-големите мистерии на Вселената“, каза Уанг.
В световен мащаб, отбеляза той, сега има три основни симулации, проследяващи трилиони частици тъмна материя: японската симулация Uchuu, европейският Flagship 2 и китайският HyperMillennium. Flagship 2 набляга на големия космически обем, докато Uchuu се фокусира върху висока разделителна способност. Уанг каза, че HyperMillennium съчетава и двете силни страни.
Уанг добави, че HyperMillennium работи на китайския суперкомпютър ORISE, като използва софтуер, оптимизиран за тази система.
Симулацията на 4,2 трилиона частици произведе около 13 петабайта данни – приблизително еквивалентно на 13 милиона филма с висока разделителна способност. Петабайт е 1000 трилиона байта данни. Обработката на този набор от данни изисква 16 000 ускорителни изчислителни карти, работещи в продължение на 18 дни, което подчертава напредъка във високопроизводителните изчисления.
Първата академична статия от проекта беше публикувана наскоро в Месечните известия на Кралското астрономическо общество. Той се фокусира върху Abell 2744, масивен галактически куп, известен със своята сложна структура и екстремни гравитационни взаимодействия. Проучването установи, че симулацията съвпада много с реалните наблюдения, подкрепяйки нейната точност при моделиране на редки и сложни космически системи. Първата партида от данни ще бъде предоставена по целия свят по-късно.
Майк Бойлан-Колчин, професор в Тексаския университет в Съединените щати, описа симулацията като „изчислително чудо, което ще помогне да се отключи фундаменталната физика от наблюденията на космоса“.
„Той има безпрецедентен диапазон от разделителна способност на обема и масата, което позволява подробни прогнози за това как огромен брой сравнително често срещани галактики са разпределени в космическата мрежа и свойствата на присъщи редки и интересни обекти, които са недостъпни с по-малки обеми. HyperMillennium Simulation ще бъде пробен камък за образуването на галактики и космологичните общности за години напред“, каза той.
Фолкер Спрингел, директор на Института по астрофизика Макс Планк в Германия, каза, че е поразен от мащаба и прецизността на симулацията, добавяйки, че тя „предефинира това, което днес е възможно в цифровата космология“.
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта
