Die Simulation zeigt die Entwicklung von Regionen des Universums, die immense Galaxienhaufen beherbergen, mit Temperaturen von mehreren Millionen Kelvin.
Bildnachweis: Argonne National Laboratory, U.S. Dept of Energy
Mit Hilfe des in den Oak Ridge National Laboratories untergebrachten Frontier erzielte das Team einen Rekord, indem es die Entwicklung von Gasen, Sternen und Galaxien über Milliarden von Jahren simulierte. Diese Meisterleistung kombiniert zwei fundamentale Aspekte der Physik: konventionelle Materie und dunkle Materie, deren gravitative Wechselwirkung in einer bisher unerreichten Skala berechnet wurde. Die Ergebnisse ermöglichen einen direkten Vergleich dieser Modelle mit Beobachtungen, die von Riesenteleskopen wie dem Rubin Observatory stammen.
Laut Salman Habib, Projektleiter und Direktor der computergestützten Wissenschaften am Argonne National Laboratory, erfordern solche kosmologischen Simulationen die Modellierung eines „kompletten Cocktails“ an physikalischen Effekten. Dazu gehören die Gravitation, die Dynamik heißer Gase und die Bildung komplexer Strukturen wie Schwarzer Löcher. Bis vor Kurzem blieben solche Simulationen aufgrund der Grenzen konventioneller Berechnungen unerreichbar.
Um dies zu ermöglichen, wurde der verwendete Code, HACC (Hybrid Accelerated Cosmology Code), grundlegend optimiert. Ursprünglich für Supercomputer der vorherigen Generation entwickelt, wurde er im Rahmen des ExaSky-Projekts überarbeitet, um die Leistung moderner GPUs zu nutzen. Das Ergebnis: eine 300-mal schnellere Ausführung als bei früheren Tests auf Titan, dem früheren Rekordhalter unter den Supercomputern.
Dank seiner 9.000 Rechenknoten und AMD Instinct MI250X-Prozessoren ermöglichte Frontier die Simulation großer astronomischer Volumina und lieferte eine detaillierte Ansicht der kosmischen Evolution. Diese Simulationen beschränken sich nicht nur auf die Größe, sondern berücksichtigen auch entscheidende physikalische Details wie das Verhalten von Baryonen und den Einfluss supermassereicher Schwarzer Löcher.
Bronson Messer, wissenschaftlicher Direktor der Oak Ridge Leadership Computing Facility, betont, dass dieser Fortschritt sowohl eine technische Meisterleistung als auch ein wissenschaftlicher Quantensprung darstellt. Er bringt theoretische Modelle näher an die beobachtete Realität heran und eröffnet neue Perspektiven für die Analyse von Daten aus Observatorien.
Das Projekt profitierte ebenfalls von den Infrastrukturen der Lawrence Berkeley und Argonne National Laboratories, wo vorläufige Versionen von HACC getestet wurden. Diese Arbeiten markieren einen entscheidenden Schritt in Richtung einer Ära, in der numerische Simulationen des Universums mit der Komplexität des realen Universums konkurrieren können.