Figur 1:Fördelningen av mörk materia i en ögonblicksbild från Uchuu. Bilderna visar den mörka materiens halo för den största galaxhopen som bildades i simuleringen med olika förstoringar. Kredit:Tomoaki Ishiyama
Glöm onlinespel som lovar dig en "hel värld" att utforska. Ett internationellt team av forskare har skapat ett helt virtuellt universum, och gjorde det fritt tillgängligt i molnet för alla.
Uchuu (som betyder "yttre rymden" på japanska) är den största och mest realistiska simuleringen av universum hittills. Uchuu-simuleringen består av 2,1 biljoner partiklar i en beräkningskub en aldrig tidigare skådad 9,63 miljarder ljusår åt sidan. För jämförelse, det är ungefär tre fjärdedelar av avståndet mellan jorden och de mest avlägsna observerade galaxerna. Uchuu avslöjar universums utveckling på en nivå av både storlek och detalj som är otänkbara förrän nu.
Uchuu fokuserar på universums storskaliga struktur:mystiska glorier av mörk materia som inte bara kontrollerar bildandet av galaxer, men också ödet för hela universum självt. Skalan på dessa strukturer sträcker sig från de största galaxhoparna ner till de minsta galaxerna. Enskilda stjärnor och planeter är inte lösta, så förvänta dig inte att hitta några främmande civilisationer i Uchuu. Men ett sätt som Uchuu vinner stort i jämförelse med andra virtuella världar är tidsdomänen; Uchuu simulerar materiens utveckling under nästan hela universums 13,8 miljarder år långa historia från Big Bang till nutid. Det är över 30 gånger längre än tiden sedan djurlivet först kröp upp ur haven på jorden.
Julia F. Ereza, en Ph.D. student vid IAA-CSIC som använder Uchuu för att studera universums storskaliga struktur förklarar vikten av tidsdomänen, "Uchuu är som en tidsmaskin:vi kan gå framåt, bakåt och stanna i tid, vi kan ''zooma in'' på en enda galax eller ''zooma ut'' för att visualisera ett helt kluster, vi kan se vad som verkligen händer i varje ögonblick och på varje plats i universum från dess tidigaste dagar till nutid, är ett viktigt verktyg för att studera kosmos."
Ett internationellt team av forskare från Japan, Spanien, U.S.A., Argentina, Australien, Chile, Frankrike, och Italien skapade Uchuu med ATERUI II, världens mest kraftfulla superdator dedikerad till astronomi. Även med all denna kraft, det tog fortfarande ett år att producera Uchuu. Tomoaki Ishiyama, en docent vid Chiba University som utvecklade koden som användes för att generera Uchuu, förklarar, "För att producera Uchuu har vi använt ... alla 40, 200 processorer (CPU-kärnor) tillgängliga exklusivt under 48 timmar varje månad. Tjugo miljoner superdatortimmar förbrukades, och 3 Petabyte data genererades, motsvarande 894, 784, 853 bilder från en 12-megapixel mobiltelefon."
Innan du börjar oroa dig för nedladdningstid, forskargruppen använde högpresterande beräkningstekniker för att komprimera information om bildandet och utvecklingen av mörk materiahaloer i Uchuu-simuleringen till en 100-terabyte katalog. Denna katalog är nu tillgänglig för alla på molnet i ett lättanvänt format tack vare beräkningsinfrastrukturen skun6 som finns på Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), RedIRIS-gruppen, och Galician Supercomputing Center (CESGA). Framtida datasläpp kommer att inkludera kataloger över virtuella galaxer och gravitationskartor med linser.
Tidsutveckling av antalet halos i varje massområde som förutspåtts av denna simulering. Stapeln som sträcker sig horisontellt från varje cirkel och triangel representerar intervallet för halomassorna. Den vertikala axeln är antalet haloer som finns i en kub cirka 9,6 miljarder ljusår på varje sida. Gradientstaplarna överst i figuren representerar kategorierna av föremål som finns i haloer av den massan. Uchuu-simuleringen förutspår att många haloer med massor som är jämförbara med halo från vår egen galax redan bildades för cirka 13 miljarder år sedan. Kredit:Tomoaki Ishiyama
Big Data Science-produkter från Uchuu kommer att hjälpa astronomer att lära sig tolka Big Data-galaxundersökningar som förväntas under kommande år från anläggningar som Subaru-teleskopet och ESA Euclid-rymduppdraget.
Dessa resultat visades som Ishiyama et al. "Uchuu-simuleringarna:Data Release 1 och mörk materia halokoncentrationer" i septembernumret 2021 av Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .
