Înțelegerea Universului „întunecat” și formarea primei galaxii

Codul de simulare RAMSES este un cod numeric pentru astrofizică și cosmologie. Se bazează pe tehnologia computerului pentru a adapta adaptarea la rețea. Figura arată un adaptor de plasă adaptiv bazat pe densitatea materiei. Credit: CAE

Colaborarea Extreme-Horizon, condusă de CEA, CNRS, Sorbonne Université și Université Paris-Saclay, a creat o simulare complet nouă a evoluției structurilor cosmice (galaxii, stele și găuri negre supermasive). Marea explozie și continuă până în prezent. Descrie regiuni intergalactice care reprezintă 90% din volumul universului într-o rezoluție fără precedent. Simularea, care obține două rezultate surprinzătoare la scară galactică și cosmologică, este „una dintre cele mai mari provocări” întreprinse la supercomputerul Joliot-Curie al GENCI de la Centrul de calcul foarte mare al CEA (TGCC). Rezultatele au fost publicate pe 4 noiembrie 2020 în MNRAS și A&A Letters.

Materia vizibilă este doar 16% din masa totală a Universului. Se știe puțin despre natura acestei mase rămase, care se numește materie întunecată. Și mai uimitor este faptul că masa totală a Universului este doar 30% din energia sa. Restul este energie întunecată, care este complet necunoscută, dar responsabilă pentru expansiunea rapidă a Universului.

Simulare Extreme Horizon

Figura 1 Vedere de simulare Extreme-Horizon. Roșu este un gaz fierbinte, în general expulzat din galaxii de găuri negre supermasive. Gri este gazul primar rece care alimentează galaxiile prin vânturile cosmice. Verde este un gaz îmbogățit cu elemente grele (metale), cauzat de explozii masive de stele (supernove). Credit: CAE

Pentru a afla mai multe despre materia întunecată și energia întunecată, astrofizicienii folosesc cercetări la scară largă ale Universului sau studii detaliate ale proprietăților galaxiilor. Dar ei își pot interpreta observațiile comparând predicțiile modelelor teoretice ale materiei întunecate și ale energiei întunecate. Aceste simulări necesită zeci de milioane de ore de computer pe supercalculatoare.

Colaborarea Extreme-Horizon a reușit să simuleze evoluția structurilor cosmice de la Big Bang până în prezent pe un supercomputer Joliot-Curie care oferă 22 petaflop (22 x 10) putere de calcul.15 operații mobile pe secundă). Volumul datelor numerice procesate a depășit 3 TB (1012 octeți) la fiecare pas al calculului, justificând utilizarea noilor tehnici de scriere (cod RAMSES cu rețea adaptivă adaptată) și citirea datelor de simulare.

Cosmologie: corectarea datelor pădurii Lyman-α

Primul rezultat al simulării este despre interpretarea structurilor mari din Universul îndepărtat: nori de hidrogen intergalactic. Astrofizicienii le detectează prin măsurarea absorbției de lumină a quasarilor, care sunt foarte strălucitori datorită prezenței unei supermase. gaură neagră care atrage materia către discul de acumulare. Fiecare nor de-a lungul liniei de vedere creează o „linie de absorbție” (Lyman-α) cu o schimbare specifică în roșu ca urmare a expansiunii Universului. Toate aceste linii formează o „pădure” densă, care dezvăluie o distribuție unidimensională a norilor de hidrogen și, prin urmare, a celor ai materiei, la distanțe cuprinse între 10 și 12 miliarde de ani lumină (la distanță).

Vizualizare Extreme Horizon Simulation

Figura 2 Vederea de simulare Extreme-Horizon arată o regiune de 50 Mpc pătrat. Temperatura gazului este prezentată aici (violet ~ 10 ^ 4K – galben ~ 10 ^ 7K). Galaxiile majore apar ca pete reci între haloane largi de gaz fierbinte. Credit: CAE

Cu toate acestea, multe dintre găurile negre dintre aceste quasare și dintre noi expulză o cantitate mare de energie către mediul galactic, modificându-i starea termică și proprietățile pădurii Lyman-α. Modelul fizic utilizat în simularea Extreme-Horizon descrie cu acuratețe acest feedback, care deviază calculele parametrilor cosmologici cu câteva procente. În primul rând, factorul de corecție calculat va fi crucial DESI Experiment (Instrument de energie spectroscopică cu energie întunecată) în construcție în Arizona (SUA), deoarece prejudecățile pot depăși 5% precizie % 1 este.

Galaxii masive ultra-dense formate sub formă de „stupi”

Datorită rezoluției ridicate a simulării Extreme-Horizon în regiunile cu densitate redusă, a fost posibil să se descrie „acumularea” gazului rece prin galaxii și crearea de galaxii masive ultra-dense când Universul avea doar 2-3 miliarde de ani. Aceste galaxii atipice, văzute recent cu radiotelescopul chilian Alma (Atacama Large Millimeter / Submillimeter Array), sunt formate într-un set de ritm rapid al multor galaxii foarte mici. A fost posibilă identificarea acestei metode de creștere „stup” datorită rezoluției speciale a Extreme-Horizon.

Raportul masă / dimensiune al galaxiilor

Figura 3. Raportul masă-dimensiune al galaxiilor din simularea Extreme-Horizon (albastru) comparativ cu aceeași regiune (roșu) din universul normal simulat al rezoluției simulate în mod normal ale simulărilor cosmologice. Extreme-Horizon reproduce raportul masă-dimensiune al galaxiilor observate (curba neagră) și explică faptul că există galaxii ultra-dense observate în primul univers (sub curba discontinuă) printr-o rezoluție mai bună a suportului difuz care alimentează galaxia. Instruire. Credit: CAE

O mare provocare pentru supercomputerul Joliot-Curie

Proiectat de Atos pentru GENCI (un centru de calcul francez de înaltă performanță), supercomputerul Joliot-Curie, bazat pe arhitectura BullSequana a lui Atos, a obținut o putere de calcul maximă de 22 de petaflopuri în 2020.

Marile provocări sunt simulările și calculele excelente efectuate după instalarea unei noi partiții de calculator în perioada „Mare provocare”. Această perioadă de trei luni oferă o oportunitate unică pentru un număr mic de utilizatori de a accesa o mare parte din resursele mașinii. Ei profită de sprijinul TGCC și al unei echipe de producători pentru a lucra împreună pentru a optimiza funcționarea computerului în timpul acestei faze de „pornire”.

Extreme-Horizon a fost alimentat de noua partiție de computer AMCI ROM Joliot-Curie supercomputer GENCI, condusă de echipe de calculatoare din Divizia de Aplicații Militare (DAM) a CEA, la Very Large Computing Center (TGCC, Bruyères-Le-Châtel). Simularea a estimat cincizeci de milioane de ore și a folosit noi tehnici de citire și scriere a datelor pentru a reduce spațiul pe disc utilizat și a accelera accesul la date. Lucrarea a fost realizată cu sprijinul diferitelor institute și divizii CEA și a Laboratorului de calcul și simulare de înaltă performanță al Universității din Paris-Saclay.

Proiectul a fost realizat ca o colaborare între CEA-Irfu, AIM (CEA, CNRS, Université de Paris), IAP (CNRS, Sorbonne Université) și LIHPC (Université Paris-Saclay, CEA-DAM).

Referințe:

„Formarea galaxiilor compacte în simularea Extreme-Horizon” de S. Chabanier, F. Bournaud, Y. Dubois, S. Codis, D. Chapon, D. Elbaz, C. Pichon, O. Bressand, J. Devriendt, R Gavazzi, K. Kraljic, T. Kimm10, C. Laigle, J.-B. Lekien, G. Martin, N. Palanque-Delabrouille, S. Peirani, P.-F. Piserchia, A. Slyz, M. Trebitsch și C. Yèche, 4 noiembrie 2020, Astronomie și astrofizică.
DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202038614

Solène Chabanier, Frédéric Bournaud, Yohan Dubois, Nathalie Palanque-Delabrouille, Christophe Yèche, Eric Armengaud, Sébastien Peirani și Ricarda Beckmann, 7 mai 2020, Note lunare de la Royal Astronomical Society.
DOI: 10.1093 / mnras / staa1242

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Zirconii antici datează începutul tectonicii plăcilor în urmă cu 3,6 miliarde de ani – un eveniment critic pentru a face pământul ospitalier pentru viață

Zirconii examinați de echipa de cercetare, fotografiați cu catodoluminiscență, tehnică cu care echipa a putut vizualiza interiorul cristalelor cu un microscop electronic cu scanare...

Putem face opioidele mai puțin dependente? [Video]

În 2017, milioane de oameni din întreaga lume erau dependenți de opioide și 115.000 au murit din cauza unui supradozaj. Opioidele sunt cele mai puternice...

Măsurile neconvenționale împotriva pandemiei și apărării nucleare pot proteja omenirea de catastrofe catastrofale

Lansarea mânerului SM-3 Block IB de la un crucișător cu rachete ghidate USS Lake Erie (CG 70). Credit: Marina SUA În curând viața pe...

Situl de legare a anticorpilor conservat în variantele de virus COVID-19 – impact mare pentru vaccinurile viitoare

O echipă de cercetare Penn State a descoperit că proteinele N din barza-covi-2 sunt stocate în toate coronavirusurile epidemice legate de îngrășăminte (sus, stânga:...

Mișcări ale electronilor de ceas în interiorul unui atom: viteza obturatorului de o milionime dintr-o miliardime de secundă

Reprezentarea artistică a experimentului. Întârzierea inerentă între emisia celor două tipuri de electroni duce la o elipsă caracteristică în datele analizate. În...

Newsletter

Subscribe to stay updated.