La simulación muestra la evolución de regiones del Universo que albergan inmensos cúmulos de galaxias, con temperaturas que alcanzan varios millones de grados Kelvin.
Crédito: Argonne National Laboratory, U.S. Dept of Energy
Con la ayuda de Frontier, ubicada en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, el equipo estableció un récord al simular la evolución de gases, estrellas y galaxias durante miles de millones de años. Esta hazaña combina dos aspectos fundamentales de la física: la materia convencional y la materia oscura, cuya interacción gravitacional fue calculada a una escala nunca alcanzada. Los resultados permiten comparar directamente estos modelos con observaciones derivadas de telescopios gigantes como el Rubin Observatory.
Según Salman Habib, jefe del proyecto y director de ciencias computacionales en Argonne, estas simulaciones cosmológicas requieren modelar un "cóctel completo" de efectos físicos. Esto incluye la gravedad, la dinámica de los gases calientes y la formación de estructuras complejas como los agujeros negros. Hasta hace poco, tales simulaciones eran inaccesibles debido a las limitaciones de los cálculos convencionales.
Para hacerlo posible, el código utilizado, HACC (Hybrid Accelerated Cosmology Code), fue profundamente optimizado. Diseñado originalmente para supercomputadoras de generaciones anteriores, fue reformulado en el marco del proyecto ExaSky para aprovechar la potencia de las GPU modernas. Resultado: una ejecución 300 veces más rápida que las pruebas anteriores realizadas en Titan, el antiguo líder de las supercomputadoras.
Gracias a los 9,000 nodos de cálculo y los procesadores AMD Instinct MI250X de Frontier, se logró simular grandes volúmenes astronómicos, ofreciendo una visión ultradetallada de la evolución cósmica. Estas simulaciones no solo se limitan al tamaño, sino que también incluyen detalles físicos cruciales, como el comportamiento de los bariones y la influencia de los agujeros negros supermasivos.
Bronson Messer, director científico de la Oak Ridge Leadership Computing Facility, destaca que este avance es tanto una hazaña técnica como un salto científico. Acerca los modelos teóricos a la realidad observada, abriendo nuevas perspectivas para analizar los datos de los observatorios.
El proyecto también se benefició de las infraestructuras de los laboratorios Lawrence Berkeley y Argonne, donde se probaron versiones preliminares de HACC. Estos trabajos marcan un hito hacia una era en la que la simulación numérica del Universo rivaliza con la complejidad del Universo real.