Кіріспе
Ғаламның компьютерлік симуляциясы. Мыңжылдық жүгіру, немесе Мыңжылдық симуляциясы (оның масштабына байланысты) – ғаламдағы материяның таралуының уақыт өте қалай өзгергенін, әсіресе, галактикалардың қазіргі байқалатын тобы қалай пайда болғанын зерттеуге арналған компьютерлік N-денелік симуляция. Оны физикалық космология саласындағы ғалымдар бақылау деректерін теориялық болжамдармен салыстыру үшін пайдаланады.
The Millennium Run, or Millennium Simulation (referring to its size) is a computer N body simulation used to investigate how the distribution of matter in the Universe has evolved over time, in particular, how the observed population of galaxies was formed. It is used by scientists working in physical cosmology to compare observations with theoretical predictions.
Шолу
Космологиядағы теорияларды тексерудің негізгі ғылыми әдісі – олардың ғаламның байқалатын бөліктеріне тигізер әсерін бағалау. Байқау деректерінің бірі – галактикалар мен галактикааралық газды қоса, материяның таралуы, ол бүгін байқалады. Алшақ материядан шыққан жарық Жерге жету үшін ұзақ сапар етеді, демек, алшақ нысандарға қарау – уақытқа кері саяхаттаумен тең. Бұл ғаламда материя таралуының уақыт бойынша қалай өзгеретінін тікелей байқауға болатынын білдіреді. 2005 жылы «Мыңжылдық симуляциясын» Virgo Consortium – Германия, Ұлыбритания, Канада, Жапония және АҚШ-тан құралған халықаралық астрофизиктер тобы жүргізді. Ол ғаламның пайда болуынан кейін 379 мың жыл өткенде, космостық микротолқынды фон сәулеленген сәттен басталады. Космикалық фондық сәулелену спутниктік эксперименттер арқылы зерттелді, ал космостық фоннан байқалатын әртүрліліктер тиісті материя таралуының эволюциясын бақылау үшін бастапқы нүкте болып табылады. Қазіргі таңда белгілі космологияларда күтілетін физикалық заңдар мен нақты галактикаларға әсер ететін астрофизикалық процестердің қарапайым моделін қолдану арқылы материяның бастапқы таралуына дамуға рұқсат етіледі, ал симуляция галактикалар мен қара тесіктердің қалыптасуы туралы болжамдарын тіркеп алады. 2005 жылы «Мыңжылдық симуляциясы» аяқталғаннан кейін, оның сақталған деректерінің негізінде галактикалар популяциясының қалыптасуының одан да күрделі және жоғары дәлдіктегі симуляциялары жасалды және олар интернет арқылы көпшілікке қолжетімді болды. Галактикалардың қалыптасуының астрофизикасын жақсартумен қатар, соңғы нұсқалар олардың нақты мәндері туралы түсініктер өзгеруіне байланысты негізгі космологиялық модельдің параметрлерін реттеді. Бүгінгі күнге дейін (2018 жылдың ортасы) «Мыңжылдық симуляциясынан» алынған деректерді 950-ден астам жарияланған мақала пайдаланды, бұл оны, кем дегенде осы өлшем бойынша, барлық уақыттағы ең әсерлі астрофизикалық симуляцияға айналдырды.
Симуляцияның көлемі
2005 жылдың 2 маусымында жарияланған алғашқы ғылыми нәтижелер бойынша, "Мыңжылдық симуляциясы" 2160, немесе 10 миллиардтан астам "бөлшекті" қадағалады. Бұл бөлшектер физикасы мағынасындағы бөлшектер емес – әрбір "бөлшек" қара материяның шамамен бір миллиард күн массасына тең келеді.
Алғашқы нәтижелер
Слонның цифрлық аспан зерттеуі қазіргі космологиялық түсініктерге үлкен қашықтықтағы өте жарық квазарларда қара тесікке үміткерлерді тауып, қарсы шықты. Бұл олардың алдымен күтілгеннен әлдеқайда ертерек пайда болғанын көрсетті. Миңжылдық симуляциясы ерте заманда квазарларды сәтті жасау арқылы, мұндай нысандар ғаламның эволюциясы туралы біздің модельдерімізге қайшы келмейтінін дәлелдеді.
ІІ мыңжылдық
2009 жылы сол топ кішірек текшеде (бір жағы шамамен 400 миллион жарық жылы) «Миллениум II» симуляциясын (MS II) іске қосты, онда бөлшектердің саны бірдей болды, бірақ әрбір бөлшек 6,9 миллион күн массасына тең болды. Материяның тығыз жиынтықтары болғанда есептеу доменін процессорлар арасында бөлу қиындатқандықтан, бұл сандық тұрғыдан күрделірек міндет. MS II Garching-тегі Power 6 компьютерінде 2048 ядрода (демек, шамамен бір ай) 1,4 миллион CPU сағатын қолданды; жоғары ажыратымдылықтағы симуляциядағы ерекшеліктер төменгі ажыратымдылықта да көрінетінін тексеру үшін сол бастапқы шарттармен, бірақ азырақ бөлшектермен қосымша симуляция орындалды.
ХХІ мыңжылдық
2010 жылы "Миллениум XXL" симуляциясы (MXXL) жүргізілді, бұл жолы әлдеқайда үлкен куб (бір қабырғасы 13 миллиардтан астам жарық жылы) және әрқайсысы Күннің массасынан 7 миллиард есе ауыр 6720 бөлшек пайдаланылды. MXXL көлемі "Миллениум" және MS II симуляциялық қораптарынан 216 және 27 000 есе үлкен космологиялық көлемді қамтиды. Симуляция 2010 жылы әлемдегі ең қуатты 15 суперкомпьютердің бірі саналатын JUROPA-да іске қосылды. Ол 12 000-нан астам процессорлық ядроны, 300 жылдық процессор уақытын, 30 терабайт жедел жадты пайдаланды және 100 терабайттан астам дерек жасады. Космологтар MXXL симуляциясын галактикалар мен қара материяның шары тәрізді құрылымдарының өте кең масштабта таралуын және ғаламдағы ең сирек кездесетін, ең ауыр құрылымдардың қалай пайда болғанын зерттеу үшін қолданады.
Мыңжылдық жүгіру обсерваториясы
2012 жылы Милленіум Рун обсерваториясы (MRObs) жобасы іске қосылды. MRObs – қараңғы материяның (Милленіум симуляцияларынан) және галактикалардың (жартылай аналитикалық модельдерден) егжей-тегжейлі болжамдарын виртуалды телескоп арқылы жасанды байқауларды жасау үшін біріктіретін теориялық виртуалды обсерватория. Астрофизиктер осы виртуалды байқауларды Милленіум симуляцияларының болжамдарын нақты ғаламшармен салыстыру, болашақ байқау зерттеулерін жоспарлау және астрономдардың нақты байқауларды талдау үшін қолданатын әдістерін калибрлеу үшін пайдаланады. MRObs веб-порталы арқылы астрономиялық қауымдастыққа MRObs жасаған виртуалды байқаулардың алғашқы жиынтығы талдау үшін ұсынылды. Виртуалды ғаламға MRObs браузері арқылы да қол жеткізуге болады – бұл құрал пайдаланушыларға Милленіум жобасынан миллиондаған қараңғы материя галолары мен олардың галактикаларының қасиеттері сақталатын Милленіум Рун реляциялық деректер қорымен өзара әрекеттесуге мүмкіндік береді. MRObs базасын жаңарту және оны басқа типтегі симуляцияларға кеңейту жоспарлануда.