日本超级计算机,日本国立天文台超级计算机

这张图看起来像大脑的神经细胞,但实际上展示的是通过模拟再现的宇宙的大规模结构。日本千叶大学的石山智明等国际研究小组,活用国立天文台的天文学专用超级计算机“…

这张图看起来像大脑的神经细胞,但实际上展示的是通过模拟再现的宇宙的大规模结构。日本千叶大学石山智明等国际研究小组,活用国立天文台的天文学专用超级计算机“AttleyII”(理论运算性能3.087佩塔弗洛普斯)的计算能力,利用黑暗物质(暗物质)创造了宇宙的结构,成功地创造了一个世界上最大的“模拟宇宙”。

该图像是研究小组称之为“Uchuu”(来自日语的“宇宙”)的此次模拟,再现的是相当于现在宇宙的模拟宇宙的一部分的放大图。颜色越明亮的部分表示暗物质聚集的越多,被比喻为巨大的泡沫和蜘蛛网的宇宙的大规模结构被清晰地再现。

■空间的广阔与精密并存的模拟宇宙的模拟成为可能

是利用日本国立天文台的超级计算机进行的模拟“宇宙”,形成的最大的银河团大小的暗物质Hello扩大后的产物。这张照片的边长是5000万光年。

宇宙中存在着我们所感知到的普通物质(重子)和只能通过引力与普通物质相互作用的暗物质。根据发表的内容,暗物质的质量是普通物质的5 ~ 6倍,在138亿年前诞生的宇宙中,以密度的微小波动为基础聚集在一起,形成了被称为Hello的巨大的块状结构。被Hello吸引的普通物质诞生了恒星,恒星聚集的星系、星系聚集的星系团和大规模结构逐渐形成,由此进化成了我们所知道的现在的宇宙。

在暗物质光环形成的结构中,星系和黑洞是如何诞生的呢?世界各地都在进行解开谜团的观测,包括日本国家天文台的“斯巴鲁望远镜”,例如定于今年12月发射的太空望远镜“詹姆斯·韦伯”也将观测第一代星系。

为了从这些实际观测得到的数据中提取信息并进行验证,就需要以理论为基础,通过模拟再现的“模拟宇宙”。模拟实验将暗物质的密度波动作为粒子来处理,通过计算粒子之间的重力,再现Hello和大规模结构是如何形成、进化的过程。

据研究小组称,模拟中的暗物质粒子数量越多就越能表现出广阔的空间,质量越小就越能细致地分解模拟宇宙的结构。但是,在常规模拟中,超级计算机的计算能力有限,模拟代码的性能不足,因此无论是空间大小还是模拟宇宙的精度都不够,观测结果难以做出直接比较。

在此次进行的宇宙模拟中,优化了模拟代码以及安装在日本国家天文台Aterui II中的40,200个CPU内核进行并行计算。通过在边长为 96 亿光年的三维空间中再现由 2.1 万亿个暗物质粒子构成的模拟宇宙的大尺度结构,成功地实现了空间尺寸和精度,从矮星系到巨大星系团,追踪尺度的结构形成和演化已经成为可能。

宇宙模拟数据总计 3 PB,研究小组在互联网上发布了大约 100 TB 的数据,总结了模拟宇宙中暗物质结构形成和演化的信息。预计这些数据将广泛用于旨在阐明宇宙中大尺度结构演化以及星系和超大质量黑洞形成的研究。

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