Superpočítač nasimuloval vesmír za 80 hodin

Skupina astrofyziků vyvinula během tří let revoluční program pro superpočítače, který dokáže bezprecedentně přesně simulovat pohyby temné hmoty – přes její stále záhadnou podstatu – a utváření velkorozměrných struktur ve vesmíru.

Oznámili to Joachim Stadel, Douglas Potter a Romain Teyssier, kteří působí na Curyšské univerzitě (Švýcarsko). Příslušné výsledky uveřejnili ve vědeckém časopise Computational Astrophysics and Cosmology. Informoval o nich i web univerzity.

"Kosmická pavučina": úsek virtuálního vesmíru s průměrem cca jedné miliardy světelných let (1 světelný rok = 9,46 bilionu kilometrů) ukazuje rozložení temné hmoty v prostoru. Hala tmavé hmoty jsou vyznačeny jako žluté zhuštění, vzájemně propojené tmavými vlákny. Kosmické prázdná (voids), zde vyznačeny jako bílé plochy, jsou oblasti vesmíru s nejnižší hustotou. V jednom takovém prázdné možná žijeme.
“Kosmická pavučina”: úsek virtuálního vesmíru s průměrem cca jedné miliardy světelných let (1 světelný rok = 9,46 bilionu kilometrů) ukazuje rozložení temné hmoty v prostoru. Hala tmavé hmoty jsou vyznačeny jako žluté zhuštění, vzájemně propojené tmavými vlákny. Kosmické prázdná (voids), zde vyznačeny jako bílé plochy, jsou oblasti vesmíru s nejnižší hustotou. V jednom takovém prázdné možná žijeme.

Miliardy z bilionů

Nejprve vytvořili ze dvou bilionů digitálních částic rozsáhlý katalog, zahrnující přibližně 25 miliard virtuálních galaxií. Katalog slouží ke kalibraci experimentů připravovaných pro evropský satelit Euclid.

Má být vypuštěn na oběžnou dráhu v roce 2020. S hlavním úkolem zkoumat podstatu temné hmoty a temné energie ve vesmíru.

Nově vyvinutý program jeho tvůrci nazvali PKDGRAV3. Navrhli ho tak, aby optimálně využíval dostupnou paměť a výpočetní výkon superpočítačů. V tomto případě superpočítače Piz Daina (nese jméno alpského štítu) ve Švýcarskem národním superpočítačovém středisku (SNSC) v Luganu. Jde o hybridní systém superpočítačů CrayXC50 a Cray XC40.

Celkový pohled na superpočítač Piz Daina v švýcarském Luganu, se kterým vědci uskutečnili unikátní simulace vývoje vesmíru.
Celkový pohled na superpočítač Piz Daina v švýcarském Luganu, se kterým vědci uskutečnili unikátní simulace vývoje vesmíru.

Vesmír v osmdesáti hodinách

Program PKDGRAV3 běžel na Piz Daina pouhých 80 hodin. Ze dvou bilionů makročástic, které představovaly temnou hmotu v tekuté formě, vytvořil virtuální vesmír. Z něj následně pro podrobnější analýzu vybrali zmíněný katalog 25 miliard virtuálních galaxií.

Tekutá temná hmota se v superpočítači vyvíjela vlivem vlastní gravitace. Program nasimuloval utvoření malých zhuštění hmoty, nazývaných hala (oblaka) tmavé hmoty, z nichž podle přesvědčení většiny vědců vznikly galaxie jako naše Mléčná dráha.

Náročnou částí zde bylo modelování galaxií velkých pouze jako asi desetina Mléčné dráhy v objemu velkém jako celý náš pozorovatelný vesmír. To totiž požadovali vědci z mise Euclid.

Bližší pohled na část superpočítače Piz Daina.
Bližší pohled na část superpočítače Piz Daina.

Za temnými vesmírnými tajemstvími …

Euclid má pomoci vyřešit “astronomický skandál”: netušíme, z čeho je většina vesmíru, kde žijeme. Neboť je z 95 procent temný. Konkrétně je to 23 procent temné hmoty a 72 procent temné energie. Běžná viditelná hmota tvoří jen zbývajících 5 procent. “Podstata temné energie zůstává jednou z hlavních nevyřešených záhad moderní vědy,” zdůraznil Romain Teyssier.

Tento problém se však dá řešit pouze nepřímými pozorováními. Euclid zachytí světlo miliard galaxií na velkých plochách oblohy. To umožní změřit velmi jemné deformace, vznikající odklonem světla galaxií v pozadí neviditelným rozložením temné hmoty v popředí. “Je to něco jako zdeformování světla mírně nerovnou skleněnou deskou,” vysvětlil Joachim Stadel.

… a novou fyzikou?

Virtuální katalog galaxií pomůže optimalizovat strategii pozorování s Euclid a zmenšit jejich chyby. Mise Euclid má trvat šest let. “Euclid sestaví jakousi tomografickou mapu vesmíru, která zpětně vysleduje přes 10 miliard let jeho evoluce,” doplnil Joachim Stadel.

Vědci kolem mise Euclid však doufají, že satelit vedle poznatků o temné hmotě a energii přinese informace o nové fyzice, přesahující takzvaný standardní model. Například data, měnící obecnou teorii relativity, nebo objev nového typu částice.

Autor: Zdeněk Urban pro Živé.sk

Leave a Reply