Суперкомпьютер Aurora просчитал две модели с 13,4 трлн частиц в каждой
Исследователи Аргоннской национальной лаборатории использовали Aurora, чтобы проверить методы изучения ранней Вселенной.
В каждом расчёте они проследили эволюцию тёмной материи в области шириной 28,6 млрд световых лет. Как сообщает Newswise, по числу частиц каждый из этих расчётов стал крупнейшей отдельной космологической симуляцией.
Каждая симуляция включала 13,4 трлн частиц. В модели они обозначали распределение плотности и скорости тёмной материи, которую нельзя увидеть в телескоп, но чья гравитация влияет на формирование галактик. Так можно проследить, как на протяжении миллиардов лет возникала крупномасштабная структура Вселенной.
Расчёты выполнил суперкомпьютер Aurora. Для каждого запуска команда задействовала 8100 вычислительных узлов и около 50 000 графических процессоров. Обе симуляции вместе со значительной частью анализа данных завершили примерно за четыре дня. Всего у Aurora 10 624 узла и 63 744 графических процессора, поэтому каждый расчёт занимал большую долю системы.
Руководитель проекта Николас Фронтьер изучает с помощью этих моделей космическую инфляцию — предполагаемый короткий период стремительного расширения в ранней Вселенной. Согласно этой теории, микроскопические квантовые флуктуации растянулись до космических масштабов. Возникшие небольшие различия в плотности затем усилила гравитация. Физика самого периода инфляции остаётся неясной, и распределение материи может дать исследователям дополнительные подсказки.
Как симуляции Aurora помогут проверить наблюдения
Стандартные модели инфляции предсказывают, что первоначальные флуктуации подчинялись гауссову распределению. Учёные ищут небольшие отклонения от него: обнаруженный сигнал мог бы помочь различить теории ранней Вселенной. Задачу осложняет космическая дисперсия — статистическая неопределённость из-за того, что наблюдения охватывают лишь ограниченный объём пространства.
Поэтому симуляции должны одновременно охватывать огромную область и сохранять достаточно подробностей для моделирования гало тёмной материи. В этих крупных скоплениях расположены галактики, распределение которых изучают обзоры неба. На Aurora исследователи рассчитывали только гравитационные взаимодействия. Ранее на суперкомпьютере Frontier они провели другой тип симуляции, где наряду с гравитацией учитывались газ, звёзды и другие процессы формирования галактик.
В двух новых расчётах заложены одинаковая космологическая модель и одинаковый сигнал, но начальные фазы противоположны. При совместном анализе часть случайных различий между результатами компенсируется. Силу сигнала скрыли от специалистов, проверяющих методы обработки: им предстоит восстановить её по искусственным наблюдениям, не зная ответа заранее.
На основе симуляций учёные смогут построить искусственные карты всего неба и имитации наблюдений для спектроскопического инструмента DESI и космической миссии NASA SPHEREx. Эти наборы данных нужны, чтобы искать ошибки в методах анализа до работы с реальными измерениями. За время расчётов система хранения записала более 85 ПБ, преимущественно контрольные копии для возобновления работы после прерывания. Около 8 ПБ сохранили для научного анализа.
