Суперкомп’ютер Frontier у Національній лабораторії Оук-Рідж (США) провів найбільшу астрофізичну симуляцію Всесвіту, змоделювавши обсяг понад 31 мільярд кубічних мегапарсеків для вивчення еволюції космічних структур і темної матерії.

Проєкт, відомий під назвою ExaSky, має на меті дослідити складні фізичні процеси та структури Всесвіту, зокрема природу темної матерії, яка становить більшу частину його маси. Темна матерія є загадковою субстанцією, що взаємодіє лише через гравітацію, у той час як звичайна атомна матерія формує видимі галактики, зірки та планети. Завдяки симуляції вчені вивчають взаємодію цих компонентів у контексті гравітаційних і термодинамічних процесів.

Для створення моделі дослідники використали 9 000 обчислювальних вузлів Frontier, що забезпечило надзвичайно високу обчислювальну потужність. Вони застосували гідродинамічні космологічні симуляції, які моделюють фізику розподілу газу, формування зірок, чорних дір і галактик у Всесвіті. Важливу роль у реалізації цих завдань відіграв спеціальний код Hybrid Accelerated Cosmology (HACC), розроблений для оптимізації розрахунків на суперкомп’ютері.

Одна з ключових візуалізацій симуляції охопила обсяг простору розміром 64?64?76 мегапарсеків (311 296 кубічних мегапарсеків), що демонструє структури галактик і космічну павутину. Ця область становить лише 0,001% від загального обсягу симуляції, що підкреслює масштаби розрахунків. Завдяки модернізації Frontier, який визнаний найшвидшим суперкомп’ютером світу, вчені змогли досягти безпрецедентної точності у відтворенні фізичних процесів.

Унікальність проєкту також полягає у додаванні баріонної фізики – фізики звичайної матерії, яка включає газ і зірки, – що дозволило значно покращити реалістичність моделі. За словами Бронсона Мессера, астрофізика з лабораторії Оук-Рідж, поєднання таких складних процесів із величезним обсягом симульованого Всесвіту є визначним досягненням у галузі астрофізики.

Попри те, що результати дослідження ще не опубліковані, очікується, що симуляція ExaSky зробить важливий внесок у розуміння формування космічних структур, особливо впливу темної матерії на еволюцію Всесвіту. Вона також створює умови для порівняння змодельованих даних із спостереженнями сучасних телескопів, таких як обсерваторія Рубіна в Чилі, що сприятиме підвищенню точності астрофізичних моделей.

Симуляція ExaSky демонструє, як суперкомп’ютери нового покоління, зокрема Frontier, революціонізують дослідження космосу. Вони дозволяють моделювати процеси, які раніше були недоступними через обмеження обчислювальної потужності, відкриваючи нові перспективи для науки про Всесвіт.