Synlig materia utgör endast 16 % av universums totala massa. Lite är känt om naturen hos resten av den massan, som kallas mörk materia. Ännu mer överraskande är det faktum att universums totala massa bara står för 30 % av dess energi. Resten är mörk energi, som är totalt okänd men är ansvarig för universums accelererade expansion.

För att ta reda på mer om mörk materia och mörk energi, astrofysiker använder storskaliga undersökningar av universum eller detaljerade studier av galaxernas egenskaper. Men de kan bara tolka sina observationer genom att jämföra dem med förutsägelser från teoretiska modeller av mörk materia och mörk energi. Men dessa simuleringar tar tiotals miljoner beräkningstimmar på superdatorer.

Extreme-Horizon-samarbetet kunde köra en simulering av utvecklingen av kosmiska strukturer från de första ögonblicken efter Big Bang till idag, på superdatorn Joliot-Curie, som erbjuder beräkningskraft på 22 petaflops (22 x 10 ¹⁵ flyttalsoperationer per sekund). Mängden numerisk data som behandlades översteg 3 TB (10 ¹² bytes) vid varje steg i beräkningen, motiverar användningen av nya tekniker för att skriva (RAMSES-kod med adaptiv mesh-förfining) och läsa simuleringsdata.

Kosmologi:korrigering av data från Lyman-α-skogen

Simuleringens första resultat gäller tolkningen av stora strukturer i det avlägsna universum:intergalaktiska vätemoln. Astrofysiker upptäcker dessa genom att mäta absorptionen av ljus från kvasarer, som är extremt lysande på grund av närvaron av ett supermassivt svart hål som attraherar materia i sin ansamlingsskiva. Vart och ett av molnen längs siktlinjen producerar en absorptionslinje (Lyman-α) med en specifik rödförskjutning, på grund av universums expansion. Alla dessa linjer bildar en tät skog, avslöjar den endimensionella fördelningen av vätemolnen, och därför av materia, på avstånd mellan 10 och 12 miljarder ljusår (ly).

Dock, många svarta hål mellan dessa kvasarer och oss driver ut en avsevärd mängd energi i det intergalaktiska mediet, ändra dess termiska tillstånd och egenskaperna hos Lyman-α-skogen. Den fysiska modellen som används i Extreme-Horizon-simuleringen beskriver i detalj denna feedback, vilket snedvrider uppskattningar av kosmologiska parametrar med flera procent. Den beräknade korrektionsfaktorn kommer att vara avgörande, särskilt för DESI-experimentet (Dark Energy Spectroscopic Instrument) under uppbyggnad i Arizona (USA), eftersom förspänningen kan överstiga 5 %, medan målnoggrannheten är 1 %.

Ultrakompakta massiva galaxer bildades som en bikupa

Extreme-Horizon-simuleringens höga upplösning i områden med låg densitet innebar att den kunde beskriva kallgasansamling av galaxer och bildandet av ultrakompakta massiva galaxer när universum bara var 2 till 3 miljarder år gammalt. Dessa atypiska galaxer, nyligen observerats med radioteleskopet Alma (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) i Chile, bildas av den snabba klustringen av många mycket små galaxer. Det var bara möjligt att identifiera denna "bikupa"-metod för tillväxt på grund av Extreme-Horizons exceptionella upplösning.

Stor utmaning på superdatorn Joliot-Curie

Designad av företaget Atos för GENCI (det franska högpresterande datorcentret), superdatorn Joliot-Curie, baserad på Atos BullSequana-arkitektur, nådde en toppberäkningskraft på 22 petaflops 2020.

Stora utmaningar är exceptionella simuleringar och beräkningar som utförs under Grand Challenge-perioden som följer efter installationen av en ny datorpartition. Denna tremånadersperiod ger en unik möjlighet för ett litet antal användare att få tillgång till en stor del av maskinens resurser. De drar nytta av stödet från TGCC:s och tillverkarens team, arbetar tillsammans för att optimera datorns funktion under denna startfas.