Представлена крупнейшая из когда-либо созданных компьютерных симуляций Вселенной

С помощью самого быстрого в мире суперкомпьютера ученые смогли по-новому взглянуть на устройство Вселенной. В увлекательном видео специалисты из Аргоннской национальной лаборатории, которая находится в ведении Министерства энергетики США, демонстрируют зрителям самую большую компьютерную модель Вселенной, когда-либо разработанную человеком.

Крупнейшая симуляция Вселенной

Имитационная зона простирается на колоссальную территорию в 311 296 кубических мегапарсеков. С помощью этого инструмента вы сможете наблюдать процесс формирования крупных групп галактик, который происходил миллиарды лет назад. Однако это поразительное зрелище представляет лишь ничтожную часть — одну тысячную процента — от всей симуляции.

Итоги этого обширного исследования позволят специалистам разобраться в эволюции Вселенной и определить значение загадочной темной материи в этом процессе.

Руководитель проекта, доктор Салман Хабиб, подчеркивает: «Как предполагается, во Вселенной существует два ключевых элемента: темная материя, которая взаимодействует исключительно посредством гравитации, и обычная материя, или материя, состоящая из атомов. Для того чтобы разобраться в устройстве мироздания, необходимо создать модели обоих этих составляющих».

Когда ученые изучают далекие галактики, используя современные мощные телескопы, такие как космический телескоп «Джеймс Уэбб», они могут проникнуть в прошлое, к самым ранним этапам существования Вселенной. Тем не менее эти изображения дают лишь частичное представление о том, как выглядела Вселенная в прошлом.

Для того чтобы лучше понять устройство объекта, астрономы должны разработать гидродинамическую модель. Моделирование гидродинамических процессов не только имитирует гравитационное взаимодействие между частицами вещества, но и позволяет с высокой точностью воссоздать силы, которые влияют на развитие Вселенной.

Доктор Хабиб полагает, что для решения этой задачи ученым необходимо воссоздать гравитацию и другие физические процессы, такие как движение горячего газа, а также процессы образования звезд, черных дыр и галактик. Это можно назвать астрофизической лабораторией.

Модель, поражающая воображение

Сложность заключается в том, что для разработки подобных моделей необходимо задействовать значительные ресурсы вычислительных систем. Для того чтобы создать модель, астрономы обычно игнорируют все прочие силы и факторы, которые делают гидродинамическое моделирование столь эффективным.

Доктор Хабиб утверждает: «Допустим, мы создали модель обширной области космоса, которую можно наблюдать с помощью крупного телескопа, такого как обсерватория Рубина в Чили. В этом случае мы сможем изучить длительные периоды времени — миллиарды лет расширения Вселенной».

До недавнего времени было невозможно вообразить создание столь масштабной модели, которая бы учитывала только гравитацию. Чтобы решить эти проблемы, исследователи использовали суперкомпьютер Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж.

В наши дни Frontier — это самый производительный суперкомпьютер в мире, который способен выполнять более чем квинтиллион, или миллиард миллиардов, операций в секунду.

Очень сложная задача

Даже с использованием столь мощного компьютера воссоздать модель Вселенной — задача не из легких. Ученым потребовалось более десяти лет, чтобы доработать и обновить код для гидродинамического моделирования в таком масштабе.

Недавно, в начале этого месяца, ученые задействовали 9000 вычислительных узлов Frontier, чтобы смоделировать объем расширяющейся Вселенной, который превышает 31 миллиард кубических мегапарсеков.

Это можно сравнить с наиболее детальными картами Вселенной, которые были получены с помощью самых передовых телескопов в мире. Следует подчеркнуть, что в этой имитации также принимается во внимание воздействие таинственной субстанции, именуемой темной материей.

Гипотеза о существовании темной материи

Темная материя — это гипотетический вид частиц, которые не вступают во взаимодействие с атомами и другими элементарными частицами, из которых состоит остальная часть Вселенной.

По одной из гипотез, темная материя воздействует на окружающую ее Вселенную исключительно посредством гравитационного взаимодействия.

Первоначально исследователи выдвинули гипотезу о существовании этого необычного материала, чтобы найти объяснение тому, почему гравитационные взаимодействия во Вселенной кажутся более интенсивными, чем можно было бы ожидать, исходя из массы всех галактик.

Ожидаются интересные результаты моделирования

Но поскольку мы не можем непосредственно наблюдать темную материю, подобные компьютерные модели становятся важным инструментом для изучения ее возможного воздействия на развитие Вселенной.

Пока что специалисты не предоставили результаты анализа, проведенного с помощью моделирования, но предполагается, что они будут весьма любопытными.