Para saber mais sobre a matéria escura e a energia escura, os astrofísicos usam pesquisas em grande escala do Universo ou estudos detalhados das propriedades das galáxias. Mas eles só podem interpretar suas observações comparando-as às previsões feitas por modelos teóricos de matéria escura e energia escura. Mas essas simulações levam dezenas de milhões de horas de computação em supercomputadores.
A colaboração Extreme-Horizon foi capaz de executar uma simulação da evolução das estruturas cósmicas desde os primeiros momentos após o Big Bang até os dias atuais, no supercomputador Joliot-Curie, que oferece um poder de computação de 22 petaflops (22 x 10 15 operações de ponto flutuante por segundo). O volume de dados numéricos processados ultrapassou 3 TB (10 12 bytes) em cada etapa do cálculo, justificando o uso de novas técnicas de escrita (código RAMSES com refinamento adaptativo de malha) e leitura dos dados de simulação.
Cosmologia: corrigindo os dados da floresta Lyman-α
O primeiro resultado da simulação diz respeito à interpretação de grandes estruturas do Universo distante: nuvens de hidrogênio intergalácticas. Os astrofísicos detectam isso medindo a absorção de luz dos quasares, que são extremamente luminosos devido à presença de um buraco negro supermassivo que atrai matéria em seu disco de acreção. Cada uma das nuvens ao longo da linha de visão produz uma linha de absorção (Lyman-α) com um redshift específico, devido à expansão do Universo. Todas essas linhas formam uma floresta densa, revelando a distribuição unidimensional das nuvens de hidrogênio e, portanto, da matéria, a distâncias entre 10 e 12 bilhões de anos-luz (ly).
No entanto, muitos buracos negros entre esses quasares e nós expelem uma quantidade considerável de energia no meio intergaláctico, alterando seu estado térmico e as propriedades da floresta Lyman-α. O modelo físico usado na simulação Extreme-Horizon descreve em detalhes esse feedback, que influencia as estimativas dos parâmetros cosmológicos em vários pontos percentuais. O fator de correção calculado será vital, particularmente para o experimento DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) em construção no Arizona (EUA), porque o viés pode exceder 5%, enquanto a precisão do alvo é de 1%.
Galáxias massivas ultracompactas formadas como uma colmeia
A alta resolução da simulação do Extreme-Horizon em regiões de baixa densidade significa que ela foi capaz de descrever o acúmulo de gás frio por galáxias e a formação de galáxias massivas ultracompactas quando o universo tinha apenas 2 a 3 bilhões de anos. Estas galáxias atípicas, recentemente observadas com o radiotelescópio Alma (Atacama Large Millimeter / Submillimeter) no Chile, são formadas pelo rápido agrupamento de muitas galáxias muito pequenas. Só foi possível identificar este método de crescimento 'colmeia' devido à resolução excepcional do Extreme-Horizon.
Grande desafio no supercomputador Joliot-Curie
Projetado pela empresa Atos para GENCI (o centro de computação de alto desempenho francês), o supercomputador Joliot-Curie, baseado na arquitetura BullSequana da Atos, atingiu um pico de potência de computação de 22 petaflops em 2020.
Os grandes desafios são simulações e cálculos excepcionais realizados durante o período do Grande Desafio, que segue a instalação de uma nova partição do computador. Este período de três meses oferece uma oportunidade única para um pequeno número de usuários acessar uma grande parte dos recursos da máquina. Eles contam com o apoio das equipes do TGCC e do fabricante, trabalhando em conjunto para otimizar o funcionamento do computador nesta fase de inicialização.
Chabanier et al. Formação de galáxias compactas na simulação Extreme-Horizon, Astronomy & Astrophysics (2020). DOI: 10.1051 / 0004-6361 / 202038614
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