Uchuu – die bislang größte Simulation des sich entwickelnden Universums

Die Verteilung von Dunkler Materie in einem Schnappschuss der Uchuu-Simulation. Die Bilder zeigen den Dunkle-Materie-Halo des größten Galaxienhaufens in verschiedenen Vergrößerungen. (Credit: Tomoaki Ishiyama)
Die Verteilung von Dunkler Materie in einem Schnappschuss der Uchuu-Simulation. Die Bilder zeigen den Dunkle-Materie-Halo des größten Galaxienhaufens in verschiedenen Vergrößerungen. (Credit: Tomoaki Ishiyama)

Ein internationales Forschungsteam hat ein komplettes virtuelles Universum erschaffen und es in der Cloud für jeden zugänglich gemacht.

Uchuu (Japanisch für “ferner Weltraum”) ist die bislang größte und realistischste Simulation des Universums. Die Uchuu-Simulation besteht aus 2,1 Billionen Teilchen in einem berechneten Kubus mit beispiellosen 9,63 Milliarden Lichtjahren Kantenlänge. Zum Vergleich: Das entspricht etwa drei Vierteln der Distanz zwischen der Erde und den fernsten beobachteten Galaxien. Uchuu wird uns erlauben, die Entwicklung des Universums in einer Größenordnung und Detailgenauigkeit zu untersuchen, die bis jetzt unerreichbar waren.

Uchuu konzentriert sich auf die großräumige Struktur des Universums: Rätselhafte Halos aus Dunkler Materie, die nicht nur die Bildung von Galaxien steuern, sondern auch die Zukunft des gesamten Universums selbst. Die Größenordnungen dieser Strukturen reichen von den größten Galaxienhaufen bis hinab zu den kleinsten Galaxien. Einzelne Sterne und Planeten werden nicht aufgelöst, also darf man nicht erwarten, irgendwelche fremden Zivilisationen in Uchuu zu finden. Uchuu simuliert die Entwicklung der Materie über fast die gesamte Geschichte des Universums vom Urknall vor 13,8 Milliarden Jahren bis in die Gegenwart. Das ist über 30 Mal älter als die Zeitepoche, in der auf der Erde erstmals tierisches Leben aus dem Meer kroch.

Julia F. Ereza, Doktorandin am IAA-CSIC, die Uchuu zur Untersuchung der großräumigen Struktur des Universums nutzt, erklärte die Bedeutung des Zeitbegriffs: “Uchuu ist wie eine Zeitmaschine: Wir können in der Zeit vor und zurückgehen und sie anhalten; wir können in eine einzelne Galaxie hineinzoomen oder herauszoomen, um einen ganzen Galaxienhaufen zu betrachten; wir können sehen, was in jedem Moment an jedem Ort des Universums wirklich passiert – von seiner Frühzeit bis heute. Das ist ein grundlegendes Werkzeug zur Untersuchung des Universums.”

Ein internationales Forschungsteam mit Mitgliedern aus Japan, Spanien, den Vereinigten Staaten, Argentinien, Australien, Chile, Frankreich und Italien erschuf Uchuu mit ATERUI II, dem weltweit leistungsfähigsten Supercomputer im Astronomie-Bereich. Sogar mit dessen Leistung dauerte es immer noch ein Jahr, um Uchuu zu erstellen. Tomoaki Ishiyama, ein außerordentlicher Professor an der Chiba University, entwickelte den Code, der zur Erstellung von Uchuu verwendet wurde.

“Zur Erstellung Uchuus haben wir alle 40.200 Prozessoren verwendet, die für 48 Stunden pro Monat exklusiv zur Verfügung standen. Zwanzig Millionen Supercomputerstunden wurden benötigt, dabei wurden drei Petabyte an Daten erzeugt – das entspricht 894.784.853 Bildern von einem 12-Megapixel-Handy”, sagte Ishiyama.

Bevor man sich Gedanken über die Download-Zeit macht: Das Team nutzte hochperformante Techniken, um die Informationen über die Entstehung und Entwicklung der Dunkle-Materie-Halos in der Uchuu-Simulation in einem 100 Terabyte großen Katalog zu komprimieren. Dieser Katalog ist jetzt in der Cloud in einem leicht zu nutzenden Format für jeden verfügbar – die Grundlage dafür sind die Rechner-Infrastruktur skun6 am Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA-CSIC), die RedIRIS Group und das Galician Supercomputing Center (CESGA). Zukünftige Datenveröffentlichungen werden Kataloge mit virtuellen Galaxien und Gravitationslinsenkarten umfassen.

Big-Data-Produkte von Uchuu werden Astronomen helfen zu lernen, wie man umfassende Big-Data-Galaxiendurchmusterungsprogramme interpretiert, die in den kommenden Jahren von Einrichtungen wie dem Subaru Telescope und der ESA-Mission Euclid erwartet werden.

Die Ergebnisse von Ishiyama et al. wurden unter dem Titel “The Uchuu simulations: Data Release 1 and dark matter halo concentrations” in der Ausgabe der Monthly Notices of the Royal Astronomical Society vom September 2021 veröffentlicht.

Weiterführende Links:
Uchuu-Simulation: http://skiesanduniverses.org/Simulations/Uchuu/

Quelle

(THK)

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1 Kommentar

  1. ich bin fan von Syfy und finde es faszinierend über die Möglichkeiten der heutigen Computer , wenn das Universum so aussieht wie auf dem Bild verwobene Verbindungen von allen Galaxien ,Es sieht aus wie eine Karte des Slipstream ,man benötigt nur noch einen Antrieb der diese Verbindungen nutzen kann ,unendliche Möglichkeiten

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