Забудьте про онлайн-ігри, які обіцяють вам для дослідження «весь світ». Міжнародна група дослідників створила цілий віртуальний всесвіт і відкрила вільний доступ до нього в хмарному сховищі для всіх.
«Учуу» (Uchuu — «космічний простір» японською мовою) — це найбільший і найреалістичніший симулятор Всесвіту донині. Він моделює поведінку 2,1 трильйона частинок у просторі, обмеженому кубом з довжиною ребра 9,63 мільярдів світлових років. Для порівняння, це приблизно три чверті відстані між Землею та найдальшими спостережуваними галактиками. Uchuu розкриває еволюцію Всесвіту на рівні як розміру, так і деталей, немислимих досі.
Симулятор «Учуу» зосереджено на моделювання структур Всесвіту великого масштабу: таємничих гало темної матерії, які регулюють не тільки утворення галактик, а й еволюцію всього Всесвіту. Масштаби цих структур коливаються від найбільших скупчень галактик до найменших галактик. Окремі зорі та планети стимулятор не показує, тому не чекайте, що знайдете в Uchuu інопланетні цивілізації. Але один із параметрів, завдяки якому «Учуу» має набагато більшу перевагу перед іншими віртуальними світами, — це часовий інтервал; Uchuu імітує еволюцію матерії майже протягом усієї історії Всесвіту за 13,8 мільярдів років від Великого Вибуху до сьогодення. Це у понад 30 разів довше, ніж відтоді, як життя на Землі вперше вийшло з морів на сушу.
Еволюція в часі структур темної матерії в симуляторі «Учуу» (Uchuu). Автори: Томоакі Ішіяма (Tomoaki Ishiyama), Хіротака Накаяма (Hirotaka Nakayama), проєкт 4D2U, Національна астрономічна обсерваторія Японії (National Astronomical Observatory of Japan, NAOJ). Відео з сайту https://phys.org.
Юлія Ф. Ереза (Julia F. Ereza), докторант з Інституту астрофізики Андалусії (Instituto de Astrofísica de Andalucía, IAA-CSIC), яка використовує Uchuu для вивчення великомасштабної структури Всесвіту, пояснює важливість часового інтервалу: «Uchuu — це як машина часу. Ми можемо рухатися вперед, назад і зупинятися в часі, можемо “наблизити” окрему галактику чи “збільшити масштаб”, щоб візуалізувати ціле скупчення. Ми можемо бачити, що насправді відбувається в кожну мить і в кожному місці Всесвіту від найдавніших днів до сьогодення. Ця симуляція — це важливий інструмент для вивчення космосу».
Міжнародна група науковців з Японії, Іспанії, США, Аргентини, Австралії, Чилі, Франції та Італії створила «Учуу» за допомогою ATERUI II — найпотужнішого у світі суперкомп’ютера, призначеного для астрономічних досліджень. Навіть з його можливостями на розробку Uchuu все одно пішов рік. Томоакі Ішіяма (Tomoaki Ishiyama), доцент Тібського університету, який розробив код, використаний для створення «Учуу», пояснив: «Щоб зробити Uchuu, ми задіяли усі 40 200 процесорів, які були доступні щомісяця протягом 48 годин. Було використано двадцять мільйонів годин роботи суперкомп’ютера й отримано 3 петабайта даних, що еквівалентно 894 784 853 зображенням, зроблених за допомогою 12-мегапіксельного мобільного телефону».
Щоб прискорити роботу стимулятора, дослідницька група застосувала високопродуктивні обчислювальні методи для стиснення інформації, що стосується утворення та еволюцію гало темної матерії, та створила 100-терабайтний каталог. Цей каталог тепер доступний для всіх у хмарі в простому для використання форматі завдяки комп’ютерній інфраструктурі, що міститься в Інституті астрофізики Андалусії, Галісійському суперкомп’ютерному центрі (Galician Supercomputing Center, CESGA), а також належить національній дослідницькій та освітній мережі Іспанії RedIRIS. Майбутні випуски даних будуть містити каталоги віртуальних галактик та мапи гравітаційного лінзування.
Еволюція в часі числа гало в кожному діапазоні мас, передбачена моделюванням Uchuu. Горизонтальні риски, що перетинають кожне коло і трикутник, позначають діапазон мас гало. Вертикальна вісь графіка — це кількість гало, знайдених у кубі з довжиною ребра близько 9,6 мільярдів світлових. Градієнтні смуги у верхній частині малюнка вказують на категорії об’єктів, знайдені в гало з певною масою. Моделювання Uchuu вказує на те, що численні гало з масами, порівнянними з гало нашої галактики, вже утворилися близько 13 мільярдів років тому. Фото з сайту https://phys.org.
Наукові продукти з великим обсягом даних (Big Data) від Uchuu допоможуть астрономам навчитися інтерпретувати результати огядів галактик Big Data, які планують виконати в найближчі роки за допомогою таких телескопів, як «Субару» (Subaru) чи місії Європейського космічного агентства «Евклід» (Euclid).
Статтю про симулятор Uchuu оприлюднено в журналі «Щомісячні повідомлення Королівського астрономічного товариства» за вересень 2021 року.
За інф. з сайту https://phys.org
