У листопаді 2024 року фізики за допомогою 9 000 обчислювальних вузлів суперкомп’ютера Frontier здійснили найбільшу астрофізичну симуляцію Всесвіту на сьогоднішній день.
Проєкт, відомий як ExaSky, допоможе астрофізикам та космологам краще зрозуміти еволюцію та фізику Всесвіту, включаючи дослідження таємничої природи темної матерії.
“У Всесвіті є дві складові: темна матерія, яка, наскільки нам відомо, взаємодіє лише гравітаційно, і звичайна матерія, або атомарна матерія,” пояснює фізик Салман Хабіб з Лабораторії Аргонне в США, який очолив цей проєкт.
“Отже, щоб зрозуміти, що відбувається у Всесвіті, потрібно змоделювати обидва ці компоненти: гравітацію, а також всю іншу фізику, включаючи гарячий газ, утворення зірок, чорних дір і галактик; астрофізичний ‘кулінарний набір’, так би мовити. Ці симуляції ми називаємо космологічними гідродинамічними симуляціями.”
Суперкомп’ютер Frontier проводить найбільшу симуляцію Всесвіту
Коли ми заглядаємо у космос, на мільярди світлових років, ми також заглядаємо в час. Таким чином, ми можемо скласти уявлення про еволюцію Всесвіту. Але час, необхідний для змін на космічних масштабах, величезний, і ми не можемо спостерігати ці зміни в реальному часі.
Симуляції — це один з найкращих інструментів для розуміння того, як еволюціонував Всесвіт. Ми можемо підставляти числа, прискорювати час, відмотувати його, наближати і віддаляти — в загальному, просто грати в Верховного Божественного на великих просторах космосу.
Це здається простим, але це не так. Простір величезний і надзвичайно складний. Для цього потрібна складна математика та надзвичайно потужний суперкомп’ютер. І навіть тоді необхідно залишати багато аспектів для досягнення ефективності. Наприклад, попередні симуляції повинні були пропускати багато змінних, які становлять основу гідродинамічної симуляції.
“Якби ми мали змоделювати величезний об’єм Всесвіту, який охоплюється одним з великих телескопів, таких як Обсерваторія Рубіна в Чилі, йдеться про дослідження величезних проміжків часу — мільярди років розширення”, каже Хабіб. “До нещодавнього часу ми навіть не могли уявити, що можемо здійснити таку велику симуляцію, окрім наближення тільки до гравітаційного виміру.”
Потрібні були роки вдосконалення алгоритмів, математики та використання коду Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code для запуску симуляції ExaSky.
Однак, завдяки оновленням, які зробили Frontier найшвидшим суперкомп’ютером у світі на той момент, команді вдалося збільшити розмір симуляції, щоб змоделювати розширення Всесвіту.
Можливо, пройде деякий час, перш ніж ми побачимо опубліковані аналізи на основі цієї симуляції, але ви вже можете насолоджуватися невеликим тизером. Відео, опубліковане командою, показує величезний кластер галактик, який збирається разом у об’ємі простору розмірами 64 на 64 на 76 мегапарсеків, або 311 296 кубічних мегапарсеків.
Цей об’єм займає лише 0,001 відсотка від усього об’єму симуляції, тому в майбутньому ми можемо очікувати по-справжньому вражаючі результати.
“Це не тільки величезний розмір фізичного об’єму, що необхідний для безпосереднього порівняння з сучасними спостереженнями, здійсненими за допомогою екса-обчислень”, — каже астрофізик Бронсон Мессер з Лабораторії Оук-Рідж.
“Це також додатковий фізичний реалізм, який включає баріони та всю іншу динамічну фізику, що робить цю симуляцію справжнім шедевром для Frontier.”