Forståelse af det mørke univers og den oprindelige galaksedannelse

Synligt stof udgør kun 16 % af universets samlede masse. Lidt er kendt om arten af ​​resten af ​​den masse, som omtales som mørkt stof. Endnu mere overraskende er det, at universets samlede masse kun udgør 30 % af dets energi. Resten er mørk energi, som er totalt ukendt, men er ansvarlig for universets accelererede udvidelse.

For at finde ud af mere om mørkt stof og mørk energi, astrofysikere bruger storstilede undersøgelser af universet eller detaljerede undersøgelser af galaksers egenskaber. Men de kan kun fortolke deres observationer ved at sammenligne dem med forudsigelser fra teoretiske modeller af mørkt stof og mørk energi. Men disse simuleringer tager titusindvis af millioner af computertimer på supercomputere.

Extreme-Horizon-samarbejdet var i stand til at køre en simulering af udviklingen af ​​kosmiske strukturer fra de første øjeblikke efter Big Bang til i dag, på Joliot-Curie supercomputeren, som tilbyder en regnekraft på 22 petaflops (22 x 10 ¹⁵ flydende kommaoperationer pr. sekund). Mængden af ​​behandlede numeriske data oversteg 3 TB (10 ¹² bytes) ved hvert trin i beregningen, begrunder brugen af ​​nye teknikker til skrivning (RAMSES-kode med adaptiv mesh-forfining) og læsning af simuleringsdata.

Kosmologi:korrigering af data fra Lyman-α-skoven

Simuleringens første resultat vedrører fortolkningen af ​​store strukturer i det fjerne univers:intergalaktiske brintskyer. Astrofysikere opdager disse ved at måle absorptionen af ​​lys fra kvasarer, som er ekstremt lysende på grund af tilstedeværelsen af ​​et supermassivt sort hul, der tiltrækker stof i sin tilvækstskive. Hver af skyerne langs sigtelinjen producerer en absorptionslinje (Lyman-α) med en specifik rødforskydning, på grund af universets udvidelse. Alle disse linjer danner en tæt skov, afslører den endimensionelle fordeling af brintskyerne, og derfor af stof, i afstande mellem 10 og 12 milliarder lysår (ly).

Imidlertid, mange sorte huller mellem disse kvasarer og os driver en betydelig mængde energi ud i det intergalaktiske medium, ændre dens termiske tilstand og egenskaberne af Lyman-α skoven. Den fysiske model, der blev brugt i Extreme-Horizon-simuleringen, beskriver detaljeret denne feedback, hvilket skæmmer estimater af kosmologiske parametre med flere procent. Den beregnede korrektionsfaktor vil være afgørende, især til DESI-eksperimentet (Dark Energy Spectroscopic Instrument) under opførelse i Arizona (USA), fordi bias kan overstige 5 %, hvorimod målnøjagtigheden er 1 %.

Ultrakompakte massive galakser dannet som en bikube

Extreme-Horizon-simuleringens høje opløsning i områder med lav tæthed betød, at den var i stand til at beskrive kold gastilvækst af galakser og dannelsen af ​​ultrakompakte massive galakser, da universet kun var 2 til 3 milliarder år gammelt. Disse atypiske galakser, for nylig observeret med Alma (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) radioteleskop i Chile, dannes af den hurtige klynger af mange meget små galakser. Det var kun muligt at identificere denne 'bikube'-metode til vækst på grund af Extreme-Horizons exceptionelle opløsning.

Stor udfordring på Joliot-Curie supercomputeren

Designet af firmaet Atos til GENCI (det franske højtydende computercenter), Joliot-Curie supercomputeren, baseret på Atos' BullSequana-arkitektur, nåede en maksimal regnekraft på 22 petaflops i 2020.

Grand challenges er exceptionelle simuleringer og beregninger udført i Grand Challenge-perioden, som følger efter installationen af ​​en ny computerpartition. Denne tre-måneders periode giver en unik mulighed for et lille antal brugere for at få adgang til en stor del af maskinens ressourcer. De nyder godt af støtten fra TGCC'erne og producentens teams, arbejder sammen om at optimere computerens drift i denne opstartsfase.