Dentro de la cosmología moderna, el Big Bang marca el comienzo del universo y la creación de materia, espacio y tiempo hace unos 13.800 millones de años. Desde entonces, se han desarrollado las estructuras visibles del cosmos: miles de millones de galaxias que unen gas, polvo, estrellas y planetas con gravedad y albergan agujeros negros supermasivos en sus centros. Pero ¿cómo podrían haberse formado estas estructuras visibles a partir de las condiciones iniciales del universo?
Para responder a esta pregunta, los astrofísicos teóricos realizan simulaciones cosmológicas. Transforman su conocimiento sobre los procesos físicos que forman nuestro universo en modelos matemáticos y simulan la evolución de nuestro universo en computadoras de alto rendimiento durante miles de millones de años.
Como parte del proyecto Magneticum Pathfinder, un grupo de astrofísicos teóricos de la LMU dirigido por Klaus Dolag ha realizado una nueva simulación hidrodinámica única de la distribución a gran escala de la materia visible del universo. Los resultados más recientes sobreSe tienen en cuenta los tres ingredientes cósmicos más importantes del universo: la energía oscura, la materia oscura y la materia visible.
Los científicos incorporaron una variedad de procesos físicos en los cálculos, incluidos tres que se consideran particularmente importantes para el desarrollo del universo visible: primero, la condensación de la materia en estrellas, segundo, su evolución posterior cuando la materia circundante se calienta porvientos estelares y explosiones de supernovas y enriquecidos con elementos químicos, y tercero, la retroalimentación de agujeros negros supermasivos que expulsan cantidades masivas de energía en el universo.
La simulación más completa cubre el área espacial de un cubo con un tamaño de caja de 12.5 mil millones de años luz. Esta gran sección tremenda del universo nunca antes fue parte de una simulación. Se dividió en un número previamente no alcanzado de 180 mil millones de resoluciónelementos, cada uno representa las propiedades detalladas del universo y contiene aproximadamente 500 bytes de información.
Por primera vez, estas numerosas características hacen posible comparar una simulación cosmológica en detalle con estudios astronómicos a gran escala. "Los estudios astronómicos de telescopios espaciales como Planck o Hubble observan un gran segmento del universo visible mientras sofisticadas simulaciones hasta ahora"Solo podría modelar partes muy pequeñas del universo, haciendo una comparación directa prácticamente imposible", dice Klaus Dolag. "Por lo tanto, Magneticum Pathfinder marca el comienzo de una nueva era en la cosmología basada en computadora".
Este logro está precedido por diez años de investigación y desarrollo, acompañado por expertos del Centro de Supercomputación Leibniz LRZ de la Academia de Ciencias de Baviera, uno de los centros informáticos científicos más poderosos de Europa ". Uno de los mayores desafíos paraUn problema tan complejo es encontrar el equilibrio adecuado entre la optimización del código de simulación y el desarrollo del modelado astrofísico ", explica Klaus Dolag." Si bien el código debe ajustarse permanentemente a las tecnologías cambiantes y al nuevo hardware, los modelos subyacentes deben sermejorado al incluir descripciones mejores o adicionales de los procesos físicos que forman nuestro universo visible ".
La realización de esta simulación más grande dentro del proyecto Magneticum Pathfinder tomó cerca de dos años. El grupo de investigación de Klaus Dolag fue apoyado por los físicos del centro de datos C2PAP que es operado por el Universo del Cluster de Excelencia y ubicado en el LRZ. Dentro del marco.de varios talleres de una semana, el equipo de Magneticum Pathfinder tuvo la oportunidad de utilizar la supercomputadora SuperMUC de más alto rendimiento de LRZ para su simulación. "No conozco ningún centro de datos que me hubiera permitido utilizar toda la capacidad informática para talmucho tiempo ", dice Klaus Dolag.
En general, la simulación de Magneticum Pathfinder utilizó los 86.016 núcleos informáticos y la memoria principal utilizable completa, 155 de un total de 194 terabytes, de la etapa de expansión "Fase 2" del SuperMUC que se puso en funcionamiento recientemente.toda la simulación requirió 25 millones de horas de CPU y generó 320 terabytes de datos científicos.
Estos datos ahora están disponibles para investigadores interesados en todo el mundo. Los astrofísicos con sede en Munich ya están comprometidos en proyectos adicionales: entre otros, Klaus Dolag está colaborando actualmente con científicos de la colaboración de Planck para comparar observaciones del satélite de Planck con los cálculos de MagneticumPionero.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Técnica de Munich TUM . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencias de revistas :
Cite esta página :