Международная группа учёных под руководством Китая представила крупнейшую в истории космологическую симуляцию под названием «Гипермиллениум» (HyperMillennium). Этот проект предоставляет исследователям мощный цифровой инструмент для изучения эволюции космоса. Симуляция охватывает огромный куб с длиной стороны 12 миллиардов световых лет и использует 4,2 триллиона виртуальных частиц тёмной материи.
Применяя метод N-тельного численного моделирования, команда точно воссоздала, как крупномасштабные структуры Вселенной развивались на протяжении 10 миллиардов лет. Проще говоря, учёные построили виртуальную Вселенную внутри суперкомпьютера, начиная с момента сразу после Большого взрыва и отслеживая действие гравитации шаг за шагом. Эта виртуальная вселенная позволяет исследователям «отматывать время назад» и изучать, как формировались галактики и другие космические объекты. Добавляя физические модели образования галактик, симуляция создаёт подробный каталог их положений, яркости и других ключевых характеристик. Это обеспечивает теоретическую поддержку для исследований тёмной материи и тёмной энергии, а также оказывает серьёзную помощь новым программам обзора галактик, таким как телескоп «Сюньтянь» (космический телескоп Китайской космической станции) и миссия «Евклид» Европейского космического агентства.
Как отметил исследователь Ван Цяо из Национальных астрономических обсерваторий Китайской академии наук, симуляция была выполнена с высокой точностью расчёта гравитационных взаимодействий и временной точностью, а также совершила прорыв в вычислительном масштабе. Она позволяет учёным детально изучать чрезвычайно редкие, массивные космические структуры, сохраняя при этом высокую статистическую мощность. Такие крупномасштабные симуляции требуют огромных вычислительных ресурсов. Исследовательская группа использовала собственное программное обеспечение PhotoNs, разработанное специально для китайских отечественных суперкомпьютеров. После более чем 10 лет работы над алгоритмами и оптимизацией команда добилась эффективных вычислений с использованием более 10 000 ускорительных карт. Проект потребил более 100 миллионов ядро-часов центрального процессора и 10 миллионов часов работы ускорителей, а также создал около 13 петабайт сырых и обработанных данных.
Майк Бойлан-Колчин, профессор Техасского университета в Остине, назвал эту симуляцию вычислительным чудом, которое поможет раскрыть секреты тёмной энергии и ранней Вселенной. Он также отметил, что её беспрецедентный размер и разрешение сделают её эталоном для исследовательского сообщества на многие годы вперёд. Фолькер Шпрингель, директор Института астрофизики имени Макса Планка в Германии, заявил, что эта симуляция переопределяет пределы численной космологии. Он был «чрезвычайно впечатлён» усилиями команды по созданию такой невероятно большой и точной модели, которая позволяет проводить новые высокоточные проверки стандартной космологической модели.
В качестве демонстрации возможностей симуляции команда сравнила результаты моделирования с реальными наблюдениями скопления галактик Абель 2744, находящегося примерно в четырёх миллиардах световых лет от Земли. Совпадение оказалось замечательным, вплоть до уровня пикселей, что подтверждает: стандартная космологическая модель работает даже в таких чрезвычайно сложных средах, как сталкивающиеся скопления галактик. По данным Национальных астрономических обсерваторий, первая партия данных симуляции уже была передана мировому научному сообществу через Национальный центр астрономических данных — платформу для астрономических исследований, образования и приложений, работающих с данными.