MWC 2018
2018
Computex
IFA 2018
Подавляющая часть наблюдательной астрономии — это моделирование и интерпретация. Публика видит красивые картинки экзопланет, звёзд, туманностей и галактик, внешний вид которых рождается на суперкомпьютерах. Тем важнее создавать новые и более точные модели, особенно ранней Вселенной, для наблюдения которой у науки практически нет инструментов.
Визуализация космической паутины на участке шириной 650 млн световых лет. Источник изображения: MIT
Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) вместе с коллегами из других организаций представили Lumina — масштабную компьютерную симуляцию, воспроизводящую первые два миллиарда лет эволюции Вселенной. Расчёты позволяют проследить, как из первоначальных неоднородностей распределения вещества формировались первые звёзды и галактики, а также как менялось состояние межгалактического газа под воздействием излучения.
Проект Lumina призван помочь исследователям разобраться в процессах, которые вывели Вселенную из эпохи космических «тёмных веков». Это стало возможным по мере формирования первых звёзд, тогда как реликтовое излучение перестало играть роль «фонарика» — сместилось в микроволновый диапазон и потеряло энергию.
Для выполнения расчётов исследователи использовали суперкомпьютер Frontier в Национальной лаборатории Ок-Ридж (ORNL) в США. На пике нагрузки вычисления использовали более 100 000 процессорных ядер и около 15 000 графических процессоров. Симуляция охватила кубический участок пространства с длиной стороны примерно 1,63 млрд световых лет. Модель включает около 432 млрд элементов, представляющих тёмную материю и газ. По данным авторов, масштаб моделируемого объёма примерно в 100 раз превышает показатели предыдущих симуляций, предназначенных для сопоставимых исследований.
В основе Lumina лежит усовершенствованный программный комплекс IllustrisTNG, дополненный моделированием переноса излучения. Проект позволяет одновременно моделировать гравитационное формирование структур, движение вещества, образование звёзд и ионизацию межгалактической среды. Особое внимание уделено двум ключевым этапам космической истории: повторной ионизации водорода под воздействием излучения молодых звёзд и галактик и последующей ионизации гелия, для которой существенную роль играли активные сверхмассивные чёрные дыры.
Авторы отмечают, что Lumina позволяет исследовать эти процессы в единой модели, охватывающей как крупномасштабную структуру Вселенной, так и отдельные формирующиеся галактики. Полученные результаты можно будет сопоставлять с наблюдениями космического телескопа «Джеймс Уэбб» и будущего телескопа «Роман», проверяя модели раннего звездообразования и эволюции галактик.
При этом симуляцию нельзя назвать прямой реконструкцией прошлого: она рассчитывает вероятную эволюцию космических структур на основе физических моделей и заданных начальных условий. Модель будет полностью открыта для учёных, что ожидается с 2028 года.
Источник:
