Чтобы ответить на этот вопрос, теоретические астрофизики выполняют космологические моделирования. Они преобразовывают свое знание о физических процессах, формирующих нашу вселенную в математические модели, и моделируют эволюцию нашей вселенной на высокоэффективных компьютерах более чем миллиарды лет.
Группа теоретических астрофизиков от LMU во главе с Клаусом Долэгом имеет теперь как часть проекта Первооткрывателя Magneticum, выполнил новое, уникальное гидродинамическое моделирование крупномасштабного распределения видимого вопроса вселенной. Новые результаты относительно трех самых важных космических компонентов вселенной приняты во внимание – темная энергия, темная материя и видимый вопрос.Ученые включили множество физических процессов в вычислениях, включая три, которые считают особенно важными для развития видимой вселенной: во-первых, уплотнение вопроса в звезды, во-вторых, их дальнейшая эволюция, когда окружающий вопрос нагрет звездными ветрами и взрывами сверхновой звезды и обогащен химическими элементами, и в-третьих, обратная связь суперкрупных черных дыр, которые изгоняют значительные суммы энергии во вселенную.
Самое всестороннее моделирование покрывает пространственную область куба с размером коробки 12,5 миллиардов световых годов. Этот огромный большой раздел вселенной никогда не был частью моделирования прежде.
Это было разделено на ранее недостигнутое количество 180 миллиардов элементов резолюции, каждый представляющий подробные свойства вселенной и содержащий приблизительно 500 байтов информации.Впервые, эти многочисленные особенности позволяют сравнить космологическое моделирование подробно с крупномасштабными астрономическими обзорами. «Астрономические обзоры от космических телескопов как Планк или Хаббл наблюдают большой сегмент видимой вселенной, в то время как сложные моделирования до сих пор могли только смоделировать очень мелкие детали вселенной, делая прямое сравнение фактически невозможным», говорит Клаус Долэг. «Таким образом Первооткрыватель Magneticum отмечает начало новой эры в компьютерной космологии».Этому успеху предшествуют на десять лет научных исследований, сопровождаемых экспертами Супервычислительного центра Лейбница (LRZ) баварской Академии наук, один из самых влиятельных научных вычислительных центров в Европе. «Одна из самой сложной задачи для такой сложной проблемы должна найти правильный баланс между оптимизацией кодекса моделирования и развитием астрофизического моделирования», объясняет Клаус Долэг. «В то время как кодекс постоянно должен быть приспособлен к изменяющимся технологиям и новым аппаратным средствам, основные модели должны быть улучшены включением лучших или дополнительных описаний физических процессов, которые формируют нашу видимую вселенную».Реализация этого самого большого моделирования в рамках проекта Первооткрывателя Magneticum заняла приблизительно два года.
Исследовательская группа Клауса Долэга была поддержана физиками центра обработки данных C2PAP, который управляется Вселенной Группы Превосходства и располагается в LRZ. В рамках нескольких однонедельных семинаров команда Первооткрывателя Magneticum получила возможность использовать LRZ’ весь суперкомпьютер самой высокой работы SuperMUC для его моделирования. «Я не знаю центра обработки данных, который позволил бы мне использовать всю вычислительную способность в течение такого долгого времени», говорит Клаус Долэг.В целом, моделирование Первооткрывателя Magneticum использовало все 86 016 вычислительных ядер и полную применимую главную память – 155 из в общей сложности 194 терабайт – стадии расширения «Фаза 2» SuperMUC, который был недавно введен в эксплуатацию. Все моделирование потребовало 25 миллионов часов центрального процессора и произвело 320 терабайт научной информации.
Эти данные теперь доступны заинтересованным исследователям во всем мире. Мюнхенские астрофизики уже заняты дальнейшими проектами: Среди других Клаус Долэг в настоящее время сотрудничает с учеными из сотрудничества Планка, чтобы сравнить наблюдения за спутником Планка с вычислениями Первооткрывателя Magneticum.