Вселенная слишком большая и старая, чтобы в реальном времени наблюдать за происходящими в ней процессами. Между тем, только наблюдения дают истинные представления о мире, в котором мы живём. Выход находится в моделировании. Суперкомпьютеры могут воссоздавать модель Вселенной в определённых рамках, но требуют взамен использования немалых ресурсов, которые, к счастью, сегодня доступны учёным.
Источник изображения: Argonne National Laboratory
Несколько лет подготовки и настраивания алгоритмов позволили создать крупнейшую за всю историю цифровую модель части Вселенной. Работа завершена в ноябре 2024 года. Суперкомпьютер Frontier в Ок-Риджской национальной лаборатории (ORNL) силами своих 9000 узлов, где каждый узел представлен процессором AMD EPYC 3-го поколения и четырьмя GPU-ускорителями AMD Instinct 250X, создал модель расширяющейся Вселенной объёмом свыше 31 млрд Мпс3 (мегапарсек кубических).
«Во Вселенной есть два компонента: тёмная материя, которая, насколько нам известно, взаимодействует только гравитационно, и обычная материя, или атомное вещество, — объясняет физик Салман Хабиб (Salman Habib) из Аргоннской национальной лаборатории в США, который руководил работой. — Итак, если мы хотим знать, что представляет собой Вселенная, нам нужно смоделировать обе эти вещи: гравитацию, а также всю остальную физику, включая горячий газ, и образование звёзд, чёрных дыр и галактик; астрофизическую "кухню", так сказать. Эти симуляции — это то, что мы называем симуляциями космологической гидродинамики».
Тем самым нетрудно понять, что проект под названием ExaSky — крупнейшая за всю истории симуляция Вселенной — поможет учёным лучше разобраться в физике и эволюции Вселенной, включая исследование природы тёмной материи. Модель позволяет ускоренно просматривать эволюционные трансформации вещества под разными углами и с разных сторон. Соотнесение наблюдаемого в реальной Вселенной с эволюцией в модели поможет уточнить теорию и практику, а также обратит внимание на нюансы, которые могли ускользнуть от понимания.
Прежде чем мы увидим какие-либо публикации на основе работы с новой моделью Вселенной, пройдёт год или больше, но учёные уже сегодня предлагают ознакомиться с фрагментом модели. В подготовленном для этого видеоролике представлена всего одна тысячная от всей модели — объём пространства 311 296 Мпс3 или куб со сторонами 64 × 64 × 76 Мпс. Это стало настоящим вызовом для мощностей Frontier, добавляют учёные, но оно того стоило.