Det største virtuelle univers nogensinde simuleret

Forskere fra Zürichs universitet har simuleret dannelsen af ​​hele vores univers med en stor supercomputer. Et gigantisk katalog med omkring 25 milliarder virtuelle galakser er blevet genereret ud fra 2 billioner digitale partikler. Dette katalog bruges til at kalibrere eksperimenterne ombord på Euclid -satellitten, der vil blive lanceret i 2020 med det formål at undersøge karakteren af ​​mørkt stof og mørk energi.

Over en periode på tre år, en gruppe astrofysikere fra universitetet i Zürich har udviklet og optimeret en revolutionær kode til at beskrive med hidtil uset nøjagtighed dynamikken i mørkt stof og dannelsen af ​​storskalastrukturer i universet. Som Joachim Stadel, Douglas Potter og Romain Teyssier rapporterer i deres nyligt offentliggjorte papir, koden (kaldet PKDGRAV3) er designet til optimalt at udnytte den tilgængelige hukommelse og processorkraft fra moderne supercomputing-arkitekturer, såsom "Piz Daint"-supercomputeren fra Swiss National Computing Center (CSCS). Koden blev udført på denne verdensførende maskine i kun 80 timer, og genererede et virtuelt univers på to billioner (dvs. to tusind milliarder eller 2 x 1012) makropartikler, der repræsenterer væsken af ​​mørkt stof, hvorfra et katalog med 25 milliarder virtuelle galakser blev udtrukket.

Studerer sammensætningen af ​​det mørke univers

Takket være den høje præcision af deres beregning, med en mørk stofvæske, der udvikler sig under sin egen tyngdekraft, forskerne har simuleret dannelsen af ​​en lille koncentration af stof, kaldet mørk stof glorier, hvor vi tror på galakser som Mælkevejen. Udfordringen med denne simulering var at modellere galakser så små som en tiendedel af Mælkevejen, i et volumen så stort som hele vores observerbare univers. Dette var kravet stillet af den europæiske Euklid-mission, hvis hovedformål er at udforske den mørke side af universet.

Måler subtile forvrængninger

Ja, omkring 95 procent af universet er mørkt. Kosmos består af 23 procent af mørkt stof og 72 procent af mørk energi. "Mørk energis natur forbliver en af ​​de vigtigste uløste gåder i moderne videnskab, " siger Romain Teyssier, UZH professor i beregningsastrofysik. Et puslespil, der kun kan knækkes ved indirekte observation:Når Euclid -satellitten vil fange lyset af milliarder af galakser i store områder af himlen, astronomer vil måle meget subtile forvrængninger, der opstår fra afbøjningen af ​​lyset fra disse baggrundsgalakser af en forgrund, usynlig fordeling af masse - mørkt stof. "Det kan sammenlignes med lysets forvrængning af en noget ujævn glasrude, "siger Joachim Stadel fra Institute for Computational Science i UZH.

Optimering af observationsstrategier for satellitten

Dette nye virtuelle galakskatalog vil hjælpe med at optimere Euclid -eksperimentets observationsstrategi og minimere forskellige fejlkilder, før satellitten går i gang med sin seksårige dataindsamlingsmission i 2020. "Euclid vil udføre et tomografisk kort over vores univers, spore mere end 10 milliarder års evolution tilbage i tiden i kosmos, " siger Stadel. Fra Euklids data, forskere vil få ny information om arten af ​​denne mystiske mørke energi, men håber også at opdage ny fysik ud over standardmodellen, såsom en modificeret version af generel relativitetsteori eller en ny type partikel.