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了解“黑暗”宇宙和原始星系的形成

了解“黑暗”宇宙和原始星系的形成

太空探索 外文翻译 天文学
606
2020-11-25 19:13:16





通过CEA


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信用:CC0公共领域


 

可见物质仅占宇宙总质量的16%。关于其余物质的性质(称为暗物质)知之甚少。更令人惊讶的是,宇宙的总质量仅占其能量的30%。其余的是暗能量,这是完全未知的,但是是宇宙加速膨胀的原因。

为了进一步了解暗物质和暗能量,天体物理学家使用了对宇宙的大规模调查或对星系性质的详细研究。但是他们只能通过将它们与暗物质和暗能量理论模型的预测相比较来解释他们的观察。但是这些模拟在超级计算机上需要数千万小时的计算时间。

Extreme-Horizon合作能够在Joliot-Curie超级计算机上模拟从大爆炸后的最初几分钟到今天的宇宙结构演化,该计算机具有22 petaflops(22 x 10 15)的计算能力。每秒的浮点运算数)。在计算的每个步骤中,处理的数值数据量都超过了3TB(10 12个字节),证明使用了新的写入技术(具有自适应网格细化功能的RAMSES代码)和读取模拟数据。


宇宙学:纠正莱曼-α森林的数据

模拟的第一个结果涉及对遥远宇宙的大型结构的解释:星系间氢云。天体物理学家通过测量类星体对光的吸收来检测它们,由于类星体中存在吸引物质的超大质量黑洞,所以类星体的光非常发光。由于宇宙的膨胀,视线中的每一朵云都会产生具有特定红移的吸收线(Lyman-α)。所有这些线形成了一个茂密的森林,揭示了氢云的一维分布,因此也揭示了物质在10至120亿光年(ly)之间的距离。

但是,这些类星体与我们之间存在许多黑洞,它们将大量能量驱散到星际介质中,从而改变了它的热态和莱曼-α森林的性质。Extreme-Horizon模拟中使用的物理模型详细描述了此反馈,该反馈将宇宙学参数的估计值偏离了几个百分点。计算出的校正因子至关重要,特别是对于在美国亚利桑那州正在建设的DESI(暗能量光谱仪)实验而言,因为偏差可能超过5%,而目标精度为1%。


像蜂巢一样形成的超紧凑大质量星系

Extreme-Horizon模拟在低密度区域具有高分辨率,这意味着当宇宙只有2到30亿年的历史时,它能够描述星系产生的冷气积聚和超紧凑块状星系的形成。这些非典型星系,是最近在智利的Alma(阿塔卡马大毫米/亚毫米阵列)射电望远镜观测到的,由许多非常小的星系的快速聚集形成。由于Extreme-Horizon的出色分辨率,只能确定这种“蜂巢”生长方法。


Joliot-Curie超级计算机面临的巨大挑战

Atos公司为法国高性能计算中心GENCI设计的Joliot-Curie超级计算机基于Atos的BullSequana架构,在2020年达到了22 petaflops的峰值计算能力。

大挑战是在大挑战期间(在安装新的计算机分区之后)进行的出色模拟和计算。这三个月的时间为少数用户提供了访问大量机器资源的独特机会。他们得益于TGCC和制造商团队的支持,在启动阶段共同努力优化计算机的运行。


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来源于:PHYS



 


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