Коротко
Аргоннская национальная лаборатория объявила о завершении двух крупнейших на сегодняшний день космологических симуляций: в каждом из запусков отслеживалась эволюция 13,4 триллиона частиц тёмной материи в объёме шириной 28,6 миллиарда световых лет — итого 26,8 триллиона частиц. Расчёты проводились на суперкомпьютере Aurora и заняли около четырёх дней, включая значительную часть анализа данных.
Технические параметры расчётов
Симуляции выполнялись на Aurora — системе, способной обрабатывать свыше квинтиллиона операций в секунду. Каждая модель задействовала примерно 8 100 вычислительных узлов и около 50 000 графических процессоров. Для работы и восстановления в случае сбоев система хранения записала более 85 петабайт данных, из которых около 8 петабайт были подготовлены для научного анализа.
Зачем моделировать тёмную материю
Тёмная материя не испускает свет в диапазонах, доступных телескопам, но её гравитационное влияние определяет формирование галактик и крупномасштабную структуру Вселенной. В этих симуляциях частицы тёмной материи используются для отслеживания её распределения и движения на протяжении космической истории. Руководитель проекта, Николас Фронтьер, отмечает, что расчёты важны при попытках найти следы инфляции — короткого периода крайне быстрого расширения ранней Вселенной, когда квантовые флуктуации могли растянуться до макроскопических размеров и затем стать предшественниками неоднородностей, из которых сформировались галактики.
Методика и контроль систематик
Обе симуляции выполнены в рамках одной космологической модели: сигналы в них идентичны, но начальные фазы в одном из запусков зеркально отражены. Такой приём позволяет при совместном анализе частично компенсировать случайные колебания (космическую дисперсию) и точнее оценить свойства модели. Кроме того, скрытый в данных сигнал служит тестом для методов анализа — учёные проверяют, способны ли алгоритмы без подсказок восстановить исходные параметры.
Для расчётов использовался код, разработанный в Аргоннской лаборатории специально для моделирования космологических процессов на суперкомпьютерах.
Применение результатов
Полученные модели послужат для создания искусственных «карт всего неба» и имитаций наблюдений, которые будут использованы при подготовке данных спектроскопического обзора тёмной энергии DESI и космической миссии NASA SPHEREx. Такие синтетические наборы помогают протестировать методы обработки наблюдений и выявить возможные систематические ошибки до анализа реальных измерений, а также уточнить поиск малых отклонений от стандартного статистического распределения начальных флуктуаций, характерных для разных моделей инфляции.
