Новая эра астрофизических исследований
Научное сообщество вновь было взбудоражено значительным достижением в области астрофизики: суперкомпьютер Frontier Национальной лаборатории Оук-Ридж в США завершил крупнейшее моделирование Вселенной на сегодняшний день. В ноябре 2024 года физики использовали 9000 вычислительных узлов этого суперкомпьютера для создания имитации расширяющейся Вселенной, охватывающей более 31 миллиарда кубических мегапарсек. Проект, известный как ExaSky, обещает внести значительный вклад в понимание эволюции и физики Вселенной, включая исследования таинственной природы темной материи.
Моделирование Вселенной: что это такое?
Симуляция Вселенной представляет собой сложный математический и вычислительный процесс, который позволяет ученым воссоздать динамику космоса. По словам физика Салмана Хабиба из Аргоннской национальной лаборатории, который возглавил проект, для полноценного понимания Вселенной необходимо учитывать два основных компонента: темную материю, взаимодействующую только гравитационно, и обычную атомную материю. "Если мы хотим знать, что задумала Вселенная, нам нужно смоделировать обе эти вещи: гравитацию и всю другую физику, включая горячий газ, формирование звезд, черных дыр и галактик", — поясняет Хабиб.
Сложности моделирования: от теории к практике
Создание такой масштабной симуляции — это не просто задача, требующая мощного суперкомпьютера. Пространство, которое необходимо смоделировать, огромное и невероятно сложное. "Для этого требуется много сложной математики", — говорит Хабиб. Моделирование требует учета множества переменных, и в предыдущих симуляциях многие из них приходилось упрощать. Например, если бы физики пытались смоделировать всю Вселенную, столь крупное моделирование не могло бы учитывать все аспекты гидродинамики.
Прорыв в технологиях: суперкомпьютер Frontier
С появлением суперкомпьютера Frontier, который стал самым быстрым в мире, команда смогла значительно расширить масштабы своих симуляций. "До недавнего времени мы даже не могли себе представить, что сможем выполнить такое большое моделирование", — говорит Хабиб. Потребовались годы на доработку алгоритмов и разработку гибридного ускоренного космологического кода, чтобы запускать моделирование ExaSky.
Результаты симуляции: первые шаги к научным открытиям
Хотя потребуется время, чтобы увидеть опубликованные результаты, команда уже представила тизер. Видео, выпущенное исследователями, показывает массивное скопление галактик, собирающееся в объем пространства размером 64 на 64 на 76 мегапарсек, что составляет всего 0,001 процента от всего объемного моделирования. "Это не только размер физического домена, который необходим для прямого сравнения с современными обзорными наблюдениями, но и возможность наблюдать за космическими процессами в реальном времени", — говорит астрофизик Бронсон Мессер из Национальной лаборатории Оук-Ридж.
Будущее астрофизики: новые горизонты
Симуляция ExaSky открывает новые горизонты для астрофизики и космологии. Она поможет ученым глубже понять, как развивалась Вселенная, как формировались ее структуры и какие процессы происходят в ней. Исследование темной материи, которая составляет около 27% всей материи во Вселенной, является одной из важнейших задач, стоящих перед современными учеными. Понимание этой загадочной составляющей может изменить наше представление о космосе.
Путь к новым открытиям
Крупнейшее моделирование Вселенной на суперкомпьютере Frontier является важным шагом вперед в изучении космоса. Это достижение не только подчеркивает значимость вычислительных технологий в науке, но и открывает новые возможности для дальнейших исследований. С каждым новым шагом человечество приближается к пониманию своей роли во Вселенной и тайны, которые она хранит. Ожидаем, что результаты этого проекта станут основой для множества будущих научных открытий и изменений в нашем восприятии космоса.
Источник информации: Science Alert