Comme une balise céleste, les quasars lointains émettent la lumière la additionally brillante de l’univers. Ils émettent in addition de lumière que l’ensemble de notre galaxie, la Voie lactée. La lumière provient de la matière déchirée alors qu’elle est avalée par un trou noir supermassif. Les paramètres cosmologiques sont des contraintes numériques importantes que les astronomes utilisent pour retracer l’évolution de l’univers entier des milliards d’années après le Big Bang.
La lumière des quasars révèle des indices sur la composition à grande échelle de l’univers lorsqu’elle brille à travers d’énormes nuages d’hydrogène neutre formés peu après le Huge Bang, à l’échelle de 20 thousands and thousands d’années-lumière ou additionally.
En utilisant les données de lumière des quasars, le supercalculateur Frontera du Texas Sophisticated Computing Middle (TACC), financé par la Countrywide Science Foundation (NSF), a aidé les astronomes à développer PRIYA, la in addition grande suite de simulations hydrodynamiques jamais conçue pour simuler une construction à grande échelle dans l’univers.
« Nous avons créé un nouveau modèle de simulation pour comparer les données existantes dans l’univers réel », a déclaré Simeon Bird, professeur adjoint d’astronomie à l’Université de Californie à Riverside.
Fowl et ses collègues ont développé PRIYA, qui prend des données de lumière optique provenant de l’étude spectroscopique d’oscillation baryonique étendue (eBOSS) du Sloan Electronic Sky Study (SDSS). Lui et ses collègues ont publié leurs travaux annonçant PRIYA en octobre 2023 dans le Journal of Cosmology and Astroparticle Physics (JCAP).
« Nous comparons les données eBOSS à une variété de modèles de simulation avec différents paramètres cosmologiques et différentes problems initiales de l’univers, telles que différentes densités de matière », a expliqué Fowl. « Vous trouvez celui qui fonctionne le mieux et jusqu’où vous pouvez vous éloigner de celui-ci sans rompre l’accord raisonnable entre les données et les simulations. Cette connaissance nous indique la quantité de matière qu’il y a dans l’univers, ou la quantité de construction qu’il y a dans l’univers. univers. »
La suite de simulation PRIYA est connectée à des simulations cosmologiques à grande échelle également co-développées par Hen, appelées ASTRID, qui sont utilisées pour étudier la development des galaxies, la coalescence des trous noirs supermassifs et la période de réionisation au début de l’histoire de l’univers.. PRIYA va encore additionally loin. Il utilise les informations sur la galaxie et les règles de development des trous noirs trouvées dans ASTRID et modifie les ailments initiales.
« Avec ces règles, nous pouvons prendre le modèle que nous avons développé qui correspond aux galaxies et aux trous noirs, puis modifier les ailments initiales et le comparer aux données forestières Lyman d’eBOSS de l’hydrogène gazeux neutre. » » dit Chook.
Le ‘Lyman-𝛼 « forêt » tire son nom de la « forêt » de raies d’absorption serrées sur un graphique du spectre des quasars résultant des transitions électroniques entre les niveaux d’énergie des atomes d’hydrogène neutre. La « forêt » indique la répartition, la densité et la température d’énormes nuages intergalactiques d’hydrogène neutre. De as well as, l’aspect grumeleux du gaz indique la présence de matière noire, une substance hypothétique qui ne peut pas encore être vue, comme en témoigne son tiraillement observé sur les galaxies.
Les simulations PRIYA ont été utilisées pour affiner les paramètres cosmologiques dans des travaux soumis au JCAP en septembre 2023 et rédigés par Simeon Fowl et ses collègues de l’UC Riverside, MA Fernandez et Ming-Feng Ho.
L’analyse précédente des paramètres de masse des neutrinos n’était pas en accord avec les données du rayonnement de fond cosmique micro-ondes (CMB), décrit comme la rémanence du Major Bang. Les astronomes utilisent les données CMB de l’observatoire spatial Plank pour imposer des contraintes strictes sur la masse des neutrinos. Les neutrinos sont la particule la moreover abondante dans l’univers. Il est donc significant de déterminer leur valeur de masse pour les modèles cosmologiques de la framework à grande échelle de l’univers.
« Nous avons effectué une nouvelle analyse avec des simulations beaucoup furthermore grandes et mieux conçues qu’auparavant. Les écarts antérieurs avec les données Planck CMB ont disparu et ont été remplacés par une autre stress, similaire à celle observée dans d’autres constructions à grande échelle à faible redshift. mesures », a déclaré Hen. « Le principal résultat de l’étude est de confirmer que la pressure σ8 entre les mesures du CMB et la faible lentille existe jusqu’au redshift 2, il y a dix milliards d’années. »
Un paramètre bien contraint de l’étude PRIYA concerne σ8, qui correspond à la quantité de structures neutres d’hydrogène gazeux sur une échelle de 8 mégaparsecs, soit 2,6 millions d’années-lumière. Cela indique le nombre d’amas de matière noire qui flottent là-bas », a déclaré Bird.
Un autre paramètre contraint était ns, l’indice spectral scalaire. Cela est lié à la façon dont la maladresse de la matière noire varie en fonction de la taille de la région analysée. Cela indique à quelle vitesse l’univers s’est étendu quelques instants seulement après le Huge Bang.
« L’indice spectral scalaire définit le comportement de l’univers dès le début. L’idée générale de PRIYA est de déterminer les situations initiales de l’univers et le comportement de la physique des hautes énergies de l’univers », a déclaré Bird.
Les supercalculateurs étaient nécessaires pour les simulations PRIYA, a expliqué Chicken, simplement parce qu’ils étaient si gros.
« Les besoins en mémoire pour les simulations PRIYA sont si importants qu’on ne peut les placer sur autre chose qu’un superordinateur », a déclaré Fowl.
TACC a attribué à Fowl une allocation de ressources de management sur le supercalculateur Frontera. De plus, des calculs d’analyse ont été effectués à l’aide des ressources du cluster informatique haute general performance UC Riverside.
Les simulations PRIYA sur Frontera comptent parmi les additionally grandes simulations cosmologiques jamais réalisées, nécessitant as well as de 100 000 heures de foundation pour simuler un système de 3 072^3 (approximativement 29 milliards) de particules dans une « boîte » de 120 mégaparsecs de bord, soit environ 3,91 thousands and thousands de lumière. années à travers. Les simulations PRIYA ont consommé plus de 600 000 heures de nœud sur Frontera.
» Frontera était très essential pour la recherche automobile le supercalculateur devait être suffisamment grand pour que nous puissions exécuter une de ces simulations assez facilement, et nous devions en exécuter un grand nombre. Sans quelque chose comme Frontera, nous ne serions pas en mesure de résoudre Ce n’est pas que cela prendrait beaucoup de temps – ils ne seraient simplement pas capables de courir du tout », a déclaré Hen.
De furthermore, le système Ranch de TACC a fourni un stockage à long terme pour les données de simulation PRIYA.
« Le ranch est essential, car nous pouvons désormais réutiliser PRIYA pour d’autres projets. Cela pourrait doubler ou tripler notre impression scientifique », a déclaré Chook. «
« Notre appétit pour moreover de puissance de calcul est insatiable », a conclu Hen. « C’est fou que nous soyons assis ici sur cette petite planète à observer la majeure partie de l’univers. »
