Задействовав суперкомпьютер Tachyon, расположившийся на 37-м месте в списке наиболее мощных вычислительных систем, корейские астрофизики провели N-частичное моделирование с использованием 374 млрд частиц, распределённых в огромном объёме.

Группа корейских астрофизиков завершила космологическое N-частичное моделирование, которое превзошло по своим масштабам все ранее реализованные проекты такого типа.

Согласно современной теории, господствующее положение во Вселенной занимают холодная тёмная материя и тёмная энергия, а барионы отвечают лишь за небольшую часть общего запаса вещества и энергии. Структурные элементы Вселенной в этой модели формируются постепенно, в направлении от менее крупных объектов к более крупным: сначала тёмная материя образует небольшие гало, а они затем привлекают дополнительные объёмы материи и объединяются друг с другом, увеличиваясь в размерах. Крупные гало становятся центрами роста галактик.

Такой сценарий эволюции учитывает результаты наблюдений космического микроволнового фонового излучения, выполненных спутником WMAP, и исследований крупномасштабной структуры местной Вселенной, проведённых в рамках проектов WiggleZ, SDSS и 2dF. Если к этому добавить данные о сверхновых типа Iа, можно выяснить, что Вселенная должна быть плоской и расширяющейся с ускорением.

Физические причины ускоряющегося расширения и природа тёмной энергии пока не установлены; учёные также ещё не определились с тем, какие процессы инициировали формирование первых тёмных гало. Неудивительно, что космологи уже планируют более «глубокие» обзоры удалённых галактик — скажем, Dark Energy Survey или HETDEX.

С расширением объёма доступных экспериментальных данных возрастают и требования к теоретическим моделям, которые используются для проверки и обработки информации, а также для сравнения разных гипотез. Обойтись без N-частичного моделирования — расчётов эволюции динамической системы частиц, на которые действуют физические (гравитационные) силы, — здесь просто невозможно, поскольку именно этот метод позволяет сымитировать образование крупных элементов (гало, галактических нитей) структуры Вселенной.

Рост количества частиц в N-частичном моделировании. Розовым и жёлто-зелёным отмечены работы корейской группы, синим — исследования других авторов. (Иллюстрация из Journal of the Korean Astronomical Society.)

В одной из первых реализаций N-частичного моделирования, представленной около сорока лет назад, количество частиц ограничивалось тремя сотнями. «Рекорд», разумеется, был вскоре побит, и сложность моделей начала быстро расти, следуя за увеличением мощности компьютеров и объёмов памяти. В XXI веке участники известной программы Моделирование тысячелетия оперировали уже десятью миллиардами частиц, каждой из которых соответствовал ~1 млрд солнечных масс тёмной материи. Смоделированное пространство при этом имело форму куба с длиной стороны в 500/h Мпк, где h — параметр, отражающий неопределённость постоянной Хаббла.

Корейские учёные опубликовали результаты первого этапа моделирования, обозначенного как Horizon Run 1 (HR1), ещё два года назад. В HR1 было задействовано 69,9 млрд частиц тёмной материи, а длина стороны смоделированного куба равнялась 6 592/h Мпк. Расчёты проводились на системе Tachyon, установленной в суперкомпьютерном центре Корейского института перспективных научных исследований и технологий, и заняли 25 дней. В свежем (ноябрьском) рейтинге суперкомпьютеров Tachyon, заметим, располагается на 37-й строчке.

Новая работа корейцев посвящена следующим двум этапам моделирования, которые были завершены совсем недавно. HR2 и HR3 превзошли первую итерацию по всем мыслимым параметрам: число частиц в них увеличилось до 216 и 374 миллиардов, а длина ребра куба — до 7 200/h и 10 815/h Мпк. Объём смоделированной области, таким образом, в 2 600–8 800 раз превышал показатель Millennium Run; кроме того, на этапе HR2 астрофизики достигли очень хорошего разрешения — масса частиц тёмной материи составляла «всего» 1,25•10¹¹/h солнечной.

Как и следовало ожидать, результаты рекордно сложного моделирования практически идеально соответствуют предсказаниям современной стандартной космологической теории ΛCDM.

Подготовлено по материалам Technology Review.

Нет комментариев.

Только зарегистрированные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите или зарегистрируйтесь пожалуйста.