Δευτέρα, 2 Νοεμβρίου 2015

Υπερυπολογιστής προσομοιώνει την εξέλιξη του Σύμπαντος. Researchers model birth of universe in one of largest cosmological simulations ever run

H ύλη του Σύμπαντος ήταν αρχικά σχετικά ομοιογενής (αριστερά), σταδιακά όμως συσσωματώθηκε και σχημάτισε τον κοσμικό ιστό (δεξιά). This series shows the evolution of the universe as simulated by a run called the Q Continuum, performed on the Titan supercomputer and led by Argonne physicist Katrin Heitmann. These images give an impression of the detail in the matter distribution in the simulation. At first the matter is very uniform, but over time gravity acts on the dark matter, which begins to clump more and more, and in the clumps, galaxies form. Image by Heitmann et. al. (Click to view larger.)

Σε μια από τις μεγαλύτερες κοσμολογικές προσομοιώσεις που έχουν παρουσιαστεί ως σήμερα, υπερυπολογιστής του αμερικανικού υπουργείου Ενέργειας μοντελοποιεί την εξέλιξη του Σύμπαντος από τη βρεφική του ηλικία μέχρι σήμερα. Το αποτέλεσμα; Ένας ωκεανός δεδομένων που φτάνει τα 2,5 petabyte, ή 2,5 εκατομμύρια gigabyte.

Ερευνητές του Εθνικού Εργαστηρίου του Αργκόν, το οποίο υπάγεται στο υπουργείο Ενέργειας, χρησιμοποίησαν για την προσομοίωση τον υπερυπολογιστή Titan, ο οποίος ήταν μέχρι πριν από λίγα χρόνια ο ισχυρότερος του κόσμου.

Χρησιμοποιώντας λογισμικό που αναπτύχθηκε ειδικά για κοσμολογικές προσομοιώσεις (Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code), η ερευνητική ομάδα προσομοίωσε την πορεία του Σύμπαντος από τα 50 εκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη μέχρι τη σημερινή εποχή.

Πρακτικά, το Σύμπαν χωρίστηκε σε μισό τρισεκατομμύριο κύβους με πλευρά 100.000 χιλιομέτρων ο καθένας, προσφέροντας εντυπωσιακά υψηλή ανάλυση.

Από την γέννηση στην ενηλικίωση

Παρουσιάζει την πορεία του από την βρεφική του ηλικία μέχρι και σήμερα και συνοδεύεται από έναν ωκεανό δεδομένων 2,5 petabyte. Galaxies have halos surrounding them, which may be composed of both dark and regular matter. This image shows a substructure within a halo in the Q Continuum simulation, with “subhalos” marked in different colors. Image by Heitmann et al.

 Στη βρεφική του ηλικία, το Σύμπαν ήταν ένα γιγάντιο σύννεφο από ελεύθερα άτομα κανονικής ύλη αλλά και από «σκοτεινή ύλη» -ένα υλικό άγνωστης σύστασης που περιέργως αντιστοιχεί στο 84% της μάζας του Σύμπαντος.

Τα μοντέλα των κοσμολόγων δείχνουν ότι η σκοτεινή ύλη ήταν η πρώτη που άρχισε να συσσωματώνεται λόγω της έλξης της βαρύτητας. Σταδιακά συμπυκνώθηκε σε δίσκους, οι οποίοι τελικά τράβηξαν προς το μέρος τους και την κανονική ύλη. Μέχρι και σήμερα, δισεκατομμύρια χρόνια μετά, οι γαλαξίες πιστεύεται ότι περιβάλλονται από αυτά τα «φωτοστέφανα» σκοτεινής ύλης, μέσα στα οποία γεννήθηκαν.

«Η βαρύτητα επιδρά στη σκοτεινή ύλη, η οποία αρχίζει να συσσωματώνεται όλο και περισσότερο. Μέσα στους σβόλους που σχηματίζονται γεννιούνται γαλαξίες» λέει η Κάτριν Χέιτμαν, πρώτη συγγραφέας της δημοσίευσης στο Astrophysical Journal Supplement Series.

«Είναι μια πολύ πλούσια προσομοίωση» προσθέτει. «Μπορούμε να χρησιμοποιήσουμε αυτά τα δεδομένα για να εξετάσουμε το γιατί οι γαλαξίες συμπυκνώνονται με αυτόν τον τρόπο, καθώς και τη θεμελιώδη φυσική του ίδιου του σχηματισμού κοσμικών δομών» εξηγεί.

Υπήρχε όμως και αρκετό υλικό στο νεαρό Σύμπαν που δεν έπεσε στην παγίδα της σκοτεινής ύλης. Το υλικό αυτό, τεράστιες ποσότητες αερίου, πιστεύεται ότι διατάχθηκε σε μορφή νημάτων τα οποία εκτείνονται ανάμεσα στους γαλαξίες.

Στο σημερινό, ενήλικο Σύμπαν, προβλέπει το κυρίαρχο μοντέλο της Κοσμολογίας, οι γαλαξίες βρίσκονται σήμερα διατεταγμένοι σαν χάντρες πάνω σε έναν «σκελετό» από νήματα που θυμίζει σφουγγάρι, τον λεγόμενο κοσμικό ιστό.

Εκτός του ότι αποκαλύπτει το ρόλο της κοσμικής ύλης στο σχηματισμό του κοσμικού ιστού, αναφέρουν οι ερευνητές σε ανακοίνωσή τους, η προσομοίωση βοηθά τους κοσμολόγους να κατανοήσουν την ακόμα πιο μυστηριώδη σκοτεινή ενέργεια, μια μυστηριώδη δύναμη που δρα αντίθετα από τη βαρύτητα και επιταχύνει τη διαστολή του Σύμπαντος.

Η ανάλυση των 2,5 petabyte δεδομένων μόλις έχει αρχίσει, θα διαρκέσει όμως «αρκετά ακόμα χρόνια».

Πηγή: Katrin Heitmann et al. THE Q CONTINUUM SIMULATION: HARNESSING THE POWER OF GPU ACCELERATED SUPERCOMPUTERS, The Astrophysical Journal Supplement Series (2015). DOI: 10.1088/0067-0049/219/2/34

Δεν υπάρχουν σχόλια:

Δημοσίευση σχολίου