Международная группа ученых-астрофизиков создала новую математическую модель части Вселенной, которая является самой большой, совершенной и самой точной моделью среди всех других подобных моделей. Эта модель, IllustrisTNG, является научным инструментом, который способен пролить свет на загадки некоторых процессов различных космических масштабов, на то, как черные дыры влияют на глобальное распределение темной материи, на то, как возникают и распространяются по всему объему космоса тяжелые химические элементы, где возникают магнитные поля и как они превращаются в глобальное магнитное поле и многое другое.
Основой новой модели IllustrisTNG является модель предыдущего поколения Illustris, созданная совместными усилиями программистов, инженеров и ученых из институтов Астрономии и Астрофизики Макса Планка, Германия, Гарвардского университета, Массачусетского технологического института, Центра вычислительной астрофизики института Флатриона, Центра астрофизики Гарварда-Смитсона и ряда других научных организаций.
“Когда мы наблюдаем за космическими объектами при помощи телескопа или другого астрономического инструмента, мы можем увидеть только некоторые явления и измерить ограниченный набор параметров” – рассказывает Ши Женель (Shy Genel), один из создателей модели IllustrisTNG, – “Имея в своем распоряжении совершенную математическую модель, мы сможем определить все свойства изучаемого объекта. Притом не только на текущий момент времени, но и за всю историю формирования и развития данного объекта”.
По сравнению с моделью Illustris в состав модели IllustrisTNG введено моделирование множества дополнительных физических процессов и явлений, играющих важную роль в деле формирования и развития галактик. Модель IllustrisTNG охватывает область виртуального пространства в виде куба с ребром в один миллиард световых лет. Для сравнения, модель Illustris, появившаяся четыре года назад, охватывала куб с ребром в 350 миллионов световых лет.
Основой модели IllustrisTNG является программный код AREPO, “заточенный” на параллельные вычисления, который выполняется на суперкомпьютере “Hazel Hen”, самом быстром немецком компьютере, находящемся в вычислительном центре High Performance Computing Center в Штутгарте. Для расчетов одного из двух основных сценариев потребовалась работа 24 тысяч процессоров суперкомпьютера, которая продолжалась непрерывно в течение двух месяцев. В результате этой работы на свет появилось 500 терабайт данных. “Анализ этой горы данных заставит нас напряженно работать в течение нескольких следующих лет” – пишут ученые, – “И это позволит нам проникнуть в самую суть различных астрофизических процессов”.
“Паутина” из космического газа и темной материи, произведенная моделью IllustrisTNG, производит галактики, которые по форме и размерам соответствуют реальным галактикам. И впервые в истории астрофизического математического моделирования эта модель позволила увидеть во всех подробностях процесс формирования скоплений (кластеров) из отдельных галактик.
Часть данных, полученных при помощи расчетов модели IllustrisTNG, была сравнена с данными реальных наблюдений, такими, как данные обзора Sloan Digital Sky Survey. И ученые обнаружили, что данные модели имеют столь высокую степень реализма, что их практически невозможно отличить от данных реальных наблюдений. “Наши прогнозы, построенные на математических данных, будут теперь систематически проверяться при помощи реальных наблюдений. И эти практические наблюдения станут самым критическим тестом, который проверит все тонкости, отвечающие за достоверность модели IllustrisTNG”.
