Symulacje komputerowe Wszechświatów pomagają badać rzeczywistość

Naukowcy opracowują symulacje różnych Wszechświatów na super komputerach. Modele te wykorzystują, aby badać przeszłość i teraźniejszość prawdziwego kosmosu.

Naukowcy opracowują symulacje, aby rozwiązać niektóre z największych tajemnic fizyki. Takie jak ciemna materia, która stanowi około 85 proc. masy Wszechświata.

Astronomowie wciąż pracują nad zrozumieniem, w jaki sposób wpływa ona na strukturę kosmosu. Światło z supernowych pomogło badaczom zrozumieć, że Wszechświat rozszerza się w coraz szybszym tempie, ale ciemna energia, która to powoduje, wciąż pozostaje tajemnicą. Symulacje komputerowe wykorzystują dane obserwacyjne z teleskopów, które mapują zbadane niebo, aby przetestować różne hipotezy dotyczące ewolucji wszechświata.

Astronomowie wykorzystują dane do tworzenia ogromnych map nieba, które rozciągają się daleko poza to, co można zaobserwować z Ziemi. Te badania nieba mogą pomóc odpowiedzieć na pytania dotyczące ciemnej energii, ciemnej materii i innych zjawisk kosmicznych. Symulacje komputerowe mogą również pomóc naukowcom odkryć najlepsze strategie obserwacji nieba.

Oprócz analizowania bieżących obserwacji, naukowcy opracowują symulacje, które pozwalają tworzyć wiele różnych wersji tego samego wszechświata. Każda wersja opiera się na różnych założeniach dotyczących jego ewolucji. Porównując je z mapami opartymi na obserwacjach, naukowcy mogą zobaczyć, które założenia mogą być najbliższe rzeczywistości.

Projekt ExaSky Departamentu Energii Stanów Zjednoczonych (DOE) koncentrował się na opracowaniu tych symulacji na super komputerach. Mogą one wykonywać miliardy operacji zmiennoprzecinkowych (forma obliczeń) na sekundę.

Frontier w Oak Ridge Leadership Computing Facility był pierwszym super komputerem DOE, który został uruchomiony w maju 2022 roku. Wkrótce zostanie uruchomiony kolejny – Aurora w Argonne Leadership Computing Facility.

Jak zaznaczają naukowcy komputery te są zarówno wydajne, jak i posiadają pamięć do przeprowadzania ogromnych ilości obliczeń i przetwarzania danych generowanych przez symulacje komputerowe.

Badacze w ramach projektu ExaSky nie zaczynali od zera, opierali się na dwóch głównych zestawach kodów komputerowych, które zasilały symulacje opracowane w czasie poprzednich badań. Kody te symulowały w jaki sposób miliardy galaktyk uformowały się i ułożyły w coś, co naukowcy nazywają kosmiczną siecią. Programy zawierają parametry dotyczące zarówno struktury, jak i fizyki poszczególnych galaktyk, a także tego, jak oddziałują one na siebie i ciemną materię za pomocą grawitacji.

Naukowcy pracujący nad projektem ExaSky zaktualizowali kody, aby w pełni wykorzystać możliwości super komputerów. Wykorzystują one procesory graficzne – podobne do tych stosowanych w grach wideo – do przetwarzania danych, oprócz centralnych jednostek przetwarzania, takich jak w typowymkomputerze.

Przeprowadzanie symulacji na super komputerach jest wydajniejsze, ponieważ, mogą one tworzyć bardzo duże modele znacznie szybciej. Pozwoli to skrócić czas odpowiedzi na niektóre problemy. Umożliwi im to również poznanie tajemnic Wszechświata, które wcześniej były poza zasięgiem badaczy.

Emil Gołoś