Ученые сгенерировали виртуальную вселенную. И ее можно загрузить на компьютер

Астрономия, будучи наукой, изучающей Вселенную, способна поразить воображение. А пока вы в этом, возможно, сомневаетесь, наша планета вращается вокруг своей оси и несет нас сквозь космос со скоростью почти 1700 км/ч относительно кого-то на экваторе. Наша галактика Млечный Путь, в свою очередь, вместе с соседней галактикой Андромеды и несколькими другими галактиками объединены в так называемую Местную Группу, каждая галактика в которой движется в общем гравитационном поле. Но за пределами Местной Группы лежит далекий и бесконечный космос. Так, на расстоянии 22 миллиона световых лет можно обнаружить галактику NGC 3621, которая расположилась в южном созвездии Гидра. И чем дальше мы будем удаляться от дома, тем больше галактик мы увидим. Вряд ли человеческое воображение способно справиться с восприятием бесконечной Вселенной, на просторах которой творится бог весть что. И все же, у нас есть инструменты, позволяющемся хоть как-то разрешить эту мысленную проблему. Недавно международная команда исследователей создала самую большую и реалистичную виртуальную вселенную на сегодняшний день под названием Учуу (что по-японски означает “космическое пространство”). И да, ее можно скачать.

Исследователи создали целую виртуальную Вселенную, и ее можно скачать

Компьютеры в астрономии

Сегодня исследования в области астрономии и астрофизики не обходятся без мощнейших компьютеров. Они помогают ученым в наблюдениях и обработке данных, составлении каталогов и работе с документами. Роботизированные телескопы и радиотелескопы позволяют астрономам отслеживать движение тысяч звезд. А использование численных методов позволяет добиваться по-настоящему удивительных результатов при обработке данных.

Как пишет астрофизик Сергей Попов, некоторые современные астрономические проекты относятся к т.н. Big data science. Работа инструмента во многом определяется возможностью работы с получаемой информацией.

Астрономия – особая наука. В ней эксперимент заменяют наблюдения. Поэтому особую роль приобретает моделирование, – пишет Попов.

Для астрофизического моделирования применяются мощнейшие суперкомпьютеры, т.к. задачи, стоящие перед астрофизиками, очень сложны

Более того, работу современного астронома невозможно представить без компьютера. С их помощью исследователи могут управлять инструментами, а затем, применяя мощные современные методы анализа, обрабатывать полученные данные. Так что от телескопа до компьютера один шаг.

Компьютерные модели Вселенной

Попытки сгенерировать компьютерную модель Вселенной, которая рассказывала бы ее эволюцию за более чем 13 миллиардов лет (то есть с момента Большого взрыва) принимались неоднократно. Так, еще в 2014 году в ходе работы, опубликованной в журнале Nature, исследователи провели численное моделирование формирования космической структуры, воспроизведя как крупномасштабные, так и мелкомасштабные особенности репрезентативного объема Вселенной с начала ее истории до наших дней.

Работа отражает как крупномасштабное распределение барионной материи во Вселенной, так и изменение с течением времени его свойств в конкретных галактических системах. Напомним, что барионной материей ученые называют материю, состоящую из барионов (нейтронов, протонов) и электронов.

А ври на изображении ниже можно увидеть результат работы исследователей из Нью-йоркского института Flatiron и Массачусетского технологического института (MIT). Им удалось разработать и запрограммировать новую модель моделирования Вселенной, получившую название Illustris: Следующее поколение, или Illustris TNG.

Перед вами компьютерная модель Вселенной, которая может похвастаться невиданными ранее уровнями детализации о силах, действующих во Вселенной.

До 2021 года эта модель являлась самой продвинутой симуляцией Вселенной в своем роде. Детализация и масштаб моделирования позволяют изучать, как формируются, развиваются и растут галактики в тандеме с их активностью по звездообразованию.

Когда мы наблюдаем галактики с помощью телескопа, мы можем измерить только определенные величины, – пишут исследователи он. С помощью моделирования мы можем отслеживать все свойства всех этих галактик. И не только то, как выглядит галактика сейчас, но и всю историю ее формирования.

Отображение того, как развиваются галактики в моделировании, дает представление о том, какой могла быть наша собственная галактика Млечный Путь, когда сформировалась Земля, и как наша галактика может измениться в будущем.

Uchuu – новая модель Вселенной

Недавно международная команда исследователей из Японии, Испании, США, Аргентины, Австралии, Чили, Франции и Италии опубликовала результаты своей по-настоящему прорывной работы. Теперь вы сами (при наличии свободного жесткого диска) можете держать одну из этих симуляций в своем компьютере. Симуляция, получившая название Uchuu является самой подробной симуляцией Вселеной из когда-либо созданных.

Учуу содержит 2,1 триллиона "частиц" в пространстве диаметром 9,6 миллиарда световых лет. Имитационное моделирование демонстрирует эволюцию Вселенной на протяжении более 13 миллиардов лет, но не фокусируется на образовании звезд и планет, а вместо этого рассматривает поведение темной материи в расширяющейся Вселенной.

Как сообщает портал Science Alert, моделирование было создано с использованием суперкомпьютера ATERUI II, который посвящен астрономическим проектам. Суперкомпьютер, расположенный в Иватэ, Япония, имеет максимальную производительность более 3 Пфлопс, но даже при всей этой мощности потребовался целый год, чтобы просмотреть все данные и создать симуляцию.

Симуляция Учуу, самая подробная симуляция Вселенной на сегодняшний день. Моделирование: Томоаки Исияма; Визуализация: Хиротака Накаяма; Проект 4D2U, NAOJ

Для производства Uchuu мы использовали … все 40 200 процессоров (процессорных ядер), доступных исключительно в течение 48 часов каждый месяц, – сказал Томоаки Исияма, доцент Университета Тиба, который разработал код для проекта. Было израсходовано двадцать миллионов суперкомпьютерных часов, и было сгенерировано 3 петабайта данных, что эквивалентно 894 784 853 снимкам с 12-мегапиксельного мобильного телефона.

Моделирование рассматривает ореолы темной материи, которые представляют собой структуры огромного масштаба, которые могли бы рассказать нам о формировании галактик и ранней Вселенной. Крупномасштабный характер моделирования делает его ценным инструментом для изучения того, как Вселенная развивалась с течением времени, поскольку он показывает очень отдаленные регионы, которые представляют собой ранние этапы жизни Вселенной.

«Учуу похож на машину времени», – рассказала в интервью News18 Джулия Эреза, аспирант Института астрофизики Андалусии в Испании, которая использует Учуу.

Отправиться в космическое путешествие сегодня можно не выходя из дома.

«Мы можем двигаться вперед, назад и останавливаться во времени, мы можем «увеличить» одну галактику или «уменьшить» ее, чтобы визуализировать целое скопление, мы можем видеть, что на самом деле происходит в каждый момент и в каждом месте Вселенной с ее самых ранних дней до настоящего времени, что является важным инструментом для изучения Космоса,» – отмечает Эреза. Более того, никогда прежде у человечества не было подобных инструментов.

Так что если вы хотите самостоятельно исследовать новую виртуальную модель Вселенной, то вперед: команда сделала всю симуляцию доступной для бесплатного скачивания. Хотя вынуждены предупредить — даже в сжатом виде симуляция занимает 100 терабайт, поэтому вам понадобится немало свободного места на жестком диске.

Чтобы загрузить симуляцию и узнать больше о взаимодействии с ней, вы можете перейти на веб-сайт Uchuu simulation и связанную с ним страницу на GitHub. Группа также планирует выпустить больше данных в будущем, включая каталоги виртуальных галактик и карты гравитационного линзирования. Работа опубликована в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Учуу фокусируется на крупномасштабной структуре Вселенной: ореолах темной материи, контролирующих не только формирование галактик, но и судьбу всей Вселенной.

Разработчики Uchuu надеются, что модель поможет астрономам научиться интерпретировать исследования галактик с использованием Big Data, которые ожидаются в ближайшие годы с помощью таких объектов, как телескоп Subaru и космическая миссия ЕКА Euklede.

hi-news

Опубликовано на сайте: 2021-09-26