Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Группа корейских астрофизиков завершила космологическое N-частичное моделирование
Группа корейских астрофизиков завершила космологическое N-частичное моделирование, которое превзошло по своим масштабам все ранее реализованные проекты такого типа. Согласно современной теории, господствующее положение во Вселенной занимают холодная тёмная материя и тёмная энергия, а барионы отвечают лишь за небольшую часть общего запаса вещества и энергии. Структурные элементы Вселенной в этой модели формируются постепенно, в направлении от менее крупных объектов к более крупным: сначала тёмная материя образует небольшие гало, а они затем привлекают дополнительные объёмы материи и объединяются друг с другом, увеличиваясь в размерах. Крупные гало становятся центрами роста галактик.
Такой сценарий эволюции учитывает результаты наблюдений космического микроволнового фонового излучения, выполненных спутником WMAP, и исследований крупномасштабной структуры местной Вселенной, проведённых в рамках проектов WiggleZ, SDSS и 2dF. Если к этому добавить данные о сверхновых типа Iа, можно выяснить, что Вселенная должна быть плоской и расширяющейся с ускорением.
Физические причины ускоряющегося расширения и природа тёмной энергии пока не установлены; учёные также ещё не определились с тем, какие процессы инициировали формирование первых тёмных гало. Неудивительно, что космологи уже планируют более «глубокие» обзоры удалённых галактик — скажем, Dark Energy Survey или HETDEX.
С расширением объёма доступных экспериментальных данных возрастают и требования к теоретическим моделям, которые используются для проверки и обработки информации, а также для сравнения разных гипотез. Обойтись без N-частичного моделирования — расчётов эволюции динамической системы частиц, на которые действуют физические (гравитационные) силы, — здесь просто невозможно, поскольку именно этот метод позволяет сымитировать образование крупных элементов (гало, галактических нитей) структуры Вселенной.
Рост количества частиц в N-частичном моделировании. Розовым и жёлто-зелёным отмечены работы корейской группы, синим — исследования других авторов. (Иллюстрация из Journal of the Korean Astronomical Society.)
В одной из первых реализаций N-частичного моделирования, представленной около сорока лет назад, количество частиц ограничивалось тремя сотнями. «Рекорд», разумеется, был вскоре побит, и сложность моделей начала быстро расти, следуя за увеличением мощности компьютеров и объёмов памяти. В XXI веке участники известной программы Millennium Run оперировали уже десятью миллиардами частиц, каждой из которых соответствовал ~1 млрд солнечных масс тёмной материи. Смоделированное пространство при этом имело форму куба с длиной стороны в 500/h Мпк, где h — параметр, отражающий неопределённость постоянной Хаббла.
Корейские учёные опубликовали результаты первого этапа моделирования, обозначенного как Horizon Run 1 (HR1), ещё два года назад. В HR1 было задействовано 69,9 млрд частиц тёмной материи, а длина стороны смоделированного куба равнялась 6 592/h Мпк. Расчёты проводились на системе Tachyon, установленной в суперкомпьютерном центре Корейского института перспективных научных исследований и технологий, и заняли 25 дней. В свежем (ноябрьском) рейтинге суперкомпьютеров Tachyon, заметим, располагается на 37-й строчке.
Сравнение размеров областей, смоделированных корейцами (HR1, HR2, HR3) и участниками проекта Millennium Run (M). Буквой F обозначено пространство, исследованное в одной недавней работе французской группой космологов. (Иллюстрация из Journal of the Korean Astronomical Society.)
Новая работа корейцев посвящена следующим двум этапам моделирования, которые были завершены совсем недавно. HR2 и HR3 превзошли первую итерацию по всем мыслимым параметрам: число частиц в них увеличилось до 216 и 374 миллиардов, а длина ребра куба — до 7 200/h и 10 815/h Мпк. Объём смоделированной области, таким образом, в 2 600–8 800 раз превышал показатель Millennium Run; кроме того, на этапе HR2 астрофизики достигли очень хорошего разрешения — масса частиц тёмной материи составляла «всего» 1,25•1011/h солнечной.
Как и следовало ожидать, результаты рекордно сложного моделирования практически идеально соответствуют предсказаниям современной стандартной космологической теории ΛCDM.
