Evren Karanlık Madde Astrofizik Kavramı

Gökbilimciler, evrenin nasıl oluştuğunu anlamak için, yerçekiminin karanlık maddenin dağılımını nasıl şekillendirmiş olabileceğine dair 160’tan fazla simülasyon olan AbacusSummit’i yarattılar.

Toplu olarak yaklaşık 60 trilyon parçacıkta çalışan yeni piyasaya sürülen bir dizi kozmolojik simülasyon, şimdiye kadar üretilmiş en büyük simülasyondur.

AbacusSummit adlı simülasyon paketi, yaratıcılarının tahminine göre, kozmosun yaklaşmakta olan araştırmalarından evrenin sırlarını çıkarmak için araç olacak. AbacusSummit’i son zamanlarda yayınlanan birkaç makalede sunarlar. Kraliyet Astronomi Derneği’nin Aylık Bildirimleri.

AbacusSummit, Flatiron Enstitüsü’nün New York City’deki Hesaplamalı Astrofizik Merkezi (CCA) ve Astrofizik Merkezi’ndeki araştırmacıların ürünüdür | Harvard ve Smithsonian. 160’tan fazla simülasyondan oluşan, evrendeki parçacıkların yerçekimsel çekimleri nedeniyle nasıl hareket ettiğini modeller. N-vücut simülasyonları olarak bilinen bu tür modeller, evrenin yüzde 27’sini oluşturan ve yalnızca yerçekimi ile etkileşime giren gizemli ve görünmez bir güç olan karanlık maddenin davranışını yakalar.

Yerçekimi Karanlık Maddenin Dağılımını Nasıl Şekillendirdi?

AbacusSummit paketi, yerçekiminin karanlık maddenin evrendeki dağılımını nasıl şekillendirdiğine dair yüzlerce simülasyondan oluşuyor. Burada, simülasyonlardan birinin anlık görüntüsü 1,2 milyar ışıkyılı çapında bir yakınlaştırma ölçeğinde gösterilmektedir. Simülasyon, kozmik ağ ve devasa gökada kümeleri gibi evrenimizin büyük ölçekli yapılarını çoğaltır. Kredi: AbacusSummit Ekibi; Lucy Reading-Ikkanda tarafından düzen ve tasarım

Yeni makalelerden birinin baş yazarı Lehman Garrison, “Bu süit o kadar büyük ki, muhtemelen şimdiye kadar çalıştırılmış tüm diğer N-cisim simülasyonlarından daha fazla parçacık içeriyor – ancak bundan emin olmak zor bir ifade” diyor. ve bir CCA araştırma görevlisi.

Garrison, her ikisi de Astrofizik Merkezi olan yüksek lisans öğrencisi Nina Maksimova ve astronomi profesörü Daniel Eisenstein ile birlikte AbacusSummit simülasyonlarının geliştirilmesine öncülük etti. Simülasyonlar, Tennessee’deki Oak Ridge Liderlik Bilgi İşlem Tesisinde bulunan ABD Enerji Bakanlığı’nın Zirve süper bilgisayarında çalıştırıldı.

Birkaç uzay araştırması, önümüzdeki yıllarda benzeri görülmemiş ayrıntılara sahip kozmosun haritalarını üretecek. Bunlar arasında Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrüman (DESI), Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu, Vera C. Rubin Gözlemevi ve Öklid uzay aracı. Bu büyük bütçeli görevlerin hedeflerinden biri, evrenin nasıl davrandığını ve nasıl göründüğünü belirleyen kozmik ve astrofiziksel parametrelerin tahminlerini iyileştirmektir.

Bilim adamları, yeni gözlemleri, evreni birbirinden ayıran karanlık enerjinin doğası gibi çeşitli parametreler için farklı değerlere sahip evrenin bilgisayar simülasyonlarıyla karşılaştırarak bu gelişmiş tahminleri yapacaklar.

AbacusSummit Paralel Bilgisayar İşlemesinden Yararlanıyor

Abaküs, kütleçekimsel çekimleri nedeniyle parçacıkların nasıl hareket ettiğine ilişkin hesaplamalarını büyük ölçüde hızlandırmak için paralel bilgisayar işlemesinden yararlanır. Sıralı bir işleme yaklaşımı (üstte), her bir parçacık çifti arasındaki yerçekimi çekişini birer birer hesaplar. Paralel işleme (altta) bunun yerine işi birden çok hesaplama çekirdeğine bölerek aynı anda birden çok parçacık etkileşiminin hesaplanmasını sağlar. Kredi bilgileri: Lucy Reading-Ikkanda/Simons Vakfı

Yeni MNRAS makalelerinin ortak yazarlarından Eisenstein, “Gelecek nesil kozmolojik araştırmalar, evrenin ayrıntılı bir haritasını çıkaracak ve çok çeşitli kozmolojik soruları keşfedecek” diyor. “Ancak bu fırsattan yararlanmak, yeni nesil iddialı sayısal simülasyonlar gerektiriyor. AbacusSummit’in hesaplama ve deney arasındaki sinerji için cesur bir adım olacağına inanıyoruz.”

On yıllık proje göz korkutucuydu. Yerçekimi ile etkileşime giren gezegenler gibi nesnelerin hareketlerini hesaplamaya çalışan N-cisim hesaplamaları, Isaac Newton’un günlerinden beri fizik alanında en önemli zorluk olmuştur. Hile, ne kadar uzakta olursa olsun, her nesnenin diğer nesnelerle etkileşime girmesinden gelir. Bu, daha fazla şey ekledikçe etkileşimlerin sayısının hızla arttığı anlamına gelir.

Üç veya daha fazla kütleli cisim için N-cisim problemine genel bir çözüm yoktur. Mevcut hesaplamalar sadece yaklaşık değerlerdir. Yaygın bir yaklaşım, zamanı dondurmak, her bir nesneye etki eden toplam kuvveti hesaplamak ve ardından her birini deneyimlediği net kuvvete göre dürtmektir. Daha sonra zaman biraz ileri alınır ve süreç tekrarlanır.

Bu yaklaşımı kullanan AbacusSummit, akıllı kod, yeni bir sayısal yöntem ve çok sayıda bilgi işlem gücü sayesinde muazzam sayıda parçacığı ele aldı. Zirve süper bilgisayarı, ekibin hesaplamaları yaptığı sırada dünyanın en hızlısıydı; hala ABD’deki en hızlı bilgisayar

Ekip, Summit’in paralel işlem gücünden tam olarak yararlanmak için AbacusSummit kod tabanını tasarladı – Abacus, bu sayede birden fazla hesaplama aynı anda çalışabilir. Özellikle Summit, paralel işlemede mükemmel olan çok sayıda grafik işleme birimine veya GPU’ya sahiptir.

N-gövdeli hesaplamaları paralel işleme kullanarak çalıştırmak, dikkatli bir algoritma tasarımı gerektirir, çünkü tüm simülasyon, depolamak için önemli miktarda bellek gerektirir. Bu, Abacus’un süper bilgisayarın farklı düğümleri üzerinde çalışması için simülasyonun kopyalarını çıkaramayacağı anlamına gelir. Bunun yerine kod, her simülasyonu bir ızgaraya böler. İlk hesaplama, simülasyonun herhangi bir noktasında (yakındaki parçacıklardan çok daha küçük bir rol oynayan) uzak parçacıkların etkilerinin adil bir tahminini sağlar. Abaküs daha sonra yakındaki hücreleri gruplar ve onları ayırır, böylece bilgisayar her grup üzerinde bağımsız olarak çalışabilir, uzak parçacıkların yaklaşıklığını yakındaki parçacıkların kesin hesaplamalarıyla birleştirir.

Maksimova, “Abacus algoritması, GPU yardımcı işlemcilerinin devasa paralelliği için çok düzenli bir hesaplama modeli sağladığından, modern süper bilgisayarların yetenekleriyle çok iyi eşleşiyor” diyor.

Tasarımı sayesinde Abacus, Summit süper bilgisayarının düğümü başına saniyede 70 milyon parçacığı güncelleyerek çok yüksek hızlara ulaştı ve aynı zamanda simülasyonları çalıştıkları sırada analiz etti. Her parçacık, güneşin kütlesinin 3 milyar katı olan bir karanlık madde yığınını temsil ediyor.

Garrison, “Vizyonumuz, bu yeni marka galaksi araştırması için ihtiyaç duyulan simülasyonları sunmak için bu kodu oluşturmaktı” diyor. “Simülasyonları her zamankinden çok daha hızlı ve çok daha doğru yapmak için kod yazdık.”

Yakın zamanda evrenin benzeri görülmemiş bir bölümünü haritalamak için araştırmasına başlayan DESI işbirliğinin bir üyesi olan Eisenstein, gelecekte Abaküs kullanmaya istekli olduğunu söylüyor.

“Muhteşem gözlemlerin ve son teknoloji bilgisayarların multidisipliner birleşimi nedeniyle kozmoloji ileriye doğru atılıyor” diyor. “Önümüzdeki on yıl, evrenin tarihsel seyrini incelememizde harika bir çağ olacağa benziyor.”

Referans: “AbacusSummit: büyük bir yüksek-kesinlik, yüksek çözünürlüklü N-body simülasyonları”, Nina A Maksimova, Lehman H Garrison, Daniel J Eisenstein, Boryana Hadzhiyska, Sownak Bose ve Thomas P Satterthwaite, 7 Eylül 2021, Myalnızca Kraliyet Astronomi Topluluğunun Bildirimleri.
DOI: 10.1093 / mnras / stab2484

Abacus ve AbacusSummit’in diğer ortak yaratıcıları arasında Stanford Üniversitesi’nden Sihan Yuan, Arizona Üniversitesi’nden Philip Pinto, İngiltere’deki Durham Üniversitesi’nden Sownak Bose ve Astrofizik araştırmacıları Merkezi Boryana Hadzhiyska, Thomas Satterthwaite ve Douglas Ferrer yer alıyor. Simülasyonlar, Advanced Scientific Computing Research Leadership Computing Challenge tahsisi kapsamında Summit süper bilgisayarında çalıştırıldı.





#Astrofizikçiler #Şimdiye #Kadarki #Büyük #Evren #Simülasyonları #Takımını #Ortaya #Çıkardı #Yerçekimi #Karanlık #Maddenin #Dağılımını #Nasıl #Şekillendirdi