Los humanos han intentado durante mucho tiempo explicar cómo las estrellas iluminaron el cielo nocturno. La amplia gama de teorías a lo largo de la historia tiene un principio de gobierno común y correcto que los astrofísicos todavía usan hasta el día de hoy: al comprender las estrellas y sus orígenes,aprendemos más sobre de dónde venimos.
Sin embargo, la inmensidad de nuestra galaxia, y mucho menos todo nuestro universo, significa que los experimentos para comprender nuestros orígenes son caros, difíciles y requieren mucho tiempo. De hecho, los experimentos son imposibles para estudiar ciertos aspectos de la astrofísica, lo que significa que, en ordenPara obtener una mayor comprensión de cómo se formaron las galaxias, los investigadores confían en la supercomputación.
En un intento por desarrollar una imagen más completa de la formación de galaxias, los investigadores del Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg, los Institutos Max-Planck de Astrofísica y Astronomía, el Instituto de Tecnología de Massachusetts, la Universidad de Harvard y el Centro de Astrofísica Computacionalen Nueva York han recurrido a los recursos de supercomputación en el High-Performance Computing Center Stuttgart HLRS, una de las tres instalaciones de supercomputación alemanas de clase mundial que comprende el Gauss Center for Supercomputing GCS. La simulación resultante ayudará a verificar y expandirsobre el conocimiento experimental existente sobre las primeras etapas del universo.
Recientemente, el equipo amplió su simulación "Illustris" récord de 2015, la simulación hidrológica más grande de la historia de la formación de galaxias. Las simulaciones hidrodinámicas permiten a los investigadores simular con precisión el movimiento del gas. Las estrellas se forman a partir del gas cósmico y las estrellas 'la luz proporciona a los astrofísicos y cosmólogos información importante para comprender cómo funciona el universo.
Los investigadores mejoraron el alcance y la precisión de su simulación, nombrando esta fase del proyecto, "Illustris, The Next Generation" o "IllustrisTNG". El equipo lanzó su primera ronda de hallazgos en tres artículos de revistas que aparecen en el Avisos mensuales de la Royal Astronomical Society y estamos preparando varios más para su publicación.
modelado magnético
Así como la humanidad no puede imaginar exactamente cómo surgió el universo, una simulación por computadora no puede recrear el nacimiento del universo en un sentido literal. En cambio, los investigadores alimentan ecuaciones y otras condiciones iniciales, observaciones que provienen de conjuntos de satélites y otras fuentes,- en un gigantesco cubo computacional que representa una gran franja del universo y luego usa métodos numéricos para poner en movimiento este "universo en una caja".
Para muchos aspectos de la simulación, los investigadores pueden comenzar sus cálculos en un nivel fundamental, o ab initio, sin necesidad de datos de entrada preconcebidos, pero procesos que se entienden menos, como la formación de estrellas y el crecimiento de agujeros negros supermasivos- necesitan ser informados por observación y haciendo suposiciones que pueden simplificar el diluvio de cálculos.
A medida que la potencia computacional y los conocimientos han aumentado, también lo ha hecho la capacidad de simular áreas más grandes del espacio y fenómenos cada vez más complejos y complejos relacionados con la formación de galaxias. Con IllustrisTNG, el equipo simuló 3 "cortes" de universo diferentes a diferentes resoluciones.El más grande tenía 300 megaparsecs de ancho, o aproximadamente 1 billón de años luz. El equipo usó 24,000 núcleos en Hazel Hen en el lapso de 35 millones de horas centrales.
En uno de los principales avances de IllustrisTNG, los investigadores reelaboraron la simulación para incluir una contabilidad más precisa de los campos magnéticos, mejorando la precisión de la simulación. "Los campos magnéticos son interesantes por una variedad de razones", dijo el Prof. Dr. Volker Springel, profesor e investigador del Instituto de Estudios Teóricos de Heidelberg e investigador principal del proyecto. "La presión magnética ejercida sobre el gas cósmico en ocasiones puede ser igual a la presión térmica temperatura, lo que significa que si descuida esto, perderá estos efectos yen última instancia comprometer sus resultados "
Mientras desarrollaba IllustrisTNG, el equipo también hizo un sorprendente avance en la comprensión de la física de los agujeros negros. Basado en el conocimiento observacional, los investigadores sabían que los agujeros negros supermasivos propulsan los gases cósmicos con mucha energía mientras también "expulsan" este gas de los cúmulos de galaxias.Esto ayuda a "cerrar" la formación de estrellas en las galaxias más grandes y, por lo tanto, impone un límite en el tamaño máximo que pueden alcanzar.
En la simulación previa de Illustris, los investigadores notaron que si bien los agujeros negros pasan por este proceso de transferencia de energía, no cerrarían la formación de estrellas por completo. Al revisar la física de los agujeros negros en la simulación, el equipo vio un acuerdo mucho mejor entre losdatos y observación, dando a los investigadores una mayor confianza en que su simulación corresponde a la realidad.
Una alianza de larga data
El equipo ha estado utilizando recursos de GCS desde 2015 y ha estado ejecutando la simulación IllustrisTNG en recursos HLRS desde marzo de 2016. Considerando que el conjunto de datos de IllustrisTNG es más grande y más preciso que el original, los investigadores confían en que sus datos se utilizarán en todas partesmientras solicitan más tiempo para continuar refinando la simulación. La publicación de datos original de Illustris obtuvo 2.000 usuarios registrados y dio como resultado más de 130 publicaciones.
Durante ese tiempo, los investigadores han confiado en el personal de soporte de GCS para ayudar con varios problemas de bajo nivel relacionados con su código, específicamente relacionados con fallas de memoria y problemas del sistema de archivos. Los miembros del equipo Drs. Dylan Nelson y Rainer Weinberger también se beneficiaron deasistiendo a talleres de escalado a nivel de máquina de 2016 y 2017 en HLRS. La colaboración de larga data del equipo con HLRS ha resultado en ganar los premios Golden Spike 2016 y 2017, que se otorgan a proyectos de usuarios sobresalientes durante el Taller anual de Resultados y Revisión de HLRS.
Nelson señaló que si bien las supercomputadoras de la generación actual han permitido simulaciones que han superado en gran medida los problemas más fundamentales relacionados con el modelado cosmológico a gran escala, todavía hay oportunidades para mejorar.
"El aumento de los recursos de memoria y procesamiento en los sistemas de próxima generación nos permitirá simular grandes volúmenes del universo con una resolución más alta", dijo Nelson. "Los grandes volúmenes son importantes para la cosmología, comprender la estructura a gran escala del universo yhacer predicciones firmes para la próxima generación de grandes proyectos de observación. La alta resolución es importante para mejorar nuestros modelos físicos de los procesos que ocurren dentro de galaxias individuales en nuestra simulación ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Centro Gauss para Supercomputación . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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