Como se cria um universo (versão digital)

EurekAlert

Pesquisadores modelam o nascimento do universo em uma das maiores simulações cosmológicas jamais processadas

DOE/ARGONNE NATIONAL LABORATORY

Os pesquisadores estão peneirando uma avalanche de dados produzidos por uma das maiores simulações cosmológicas jamais realizadas, liderada pelos cientistas do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia (DOE) do Governo dos EUA..

A simulação, processada no supercomputador Titan do Laboratório Nacional Oak Ridge do DOE,  modelou a evolução do universo desde apenas 50 milhões de anos após o Big Bang até os dias atuais – de sua primeira infância até sua atual maturidade. Durante o curso de 13,8 bilhões de anos, a matéria do universo se agregou, formando galáxias, estrelas e planetas, mas não sabemos exatamente como isso se deu

Este tipo de simulação auxilia os cientistas a compreender a energia escura, uma forma de energia que afeta a taxa de expansão do universo, inclusive a distribuição das galáxias, compostas por matéria comum e matéria escura, um tipo misterioso de matéria que nenhum instrumento foi capaz de medir até agora,

Levantamentos celestes Intensivos com poderosos telescópios, tais como o Sloan Digital Sky Survey e o novo Dark Energy Survey  mostram aos cientistas onde as galáxias e estrelas estavam quando sua luz foi inicialmente emitida. E os levantamentos da Radiação cósmica de fundo em micro-ondas (CMB, na sigla em inglês), a luz remanescente de quando o universo tinha apenas 300.000 anos de idade, nos mostra como o universo começou – “muito uniforme, com a matéria se agregando ao longo do tempo”, nas palavras de Katrin Heitmann, uma física do Argonne que liderou a simulação.

A simulação visa a preencher a lacuna temporal para mostrar como o universo deve ter evoluido nesse intervalo: “A gravidade atua sobre a matéria escura que começa a se aglomerar cada vez mais e, nesses aglomerados, se formam as galáxias”, diz Heitmann.

Chamada de “Q Continuum”, a simulação envolveu meio trilhão de partículas – dividindo o universo em cubos de 100.000 km de aresta. Isso a torna uma das maiores simulações cosmológicas em uma definição tão grande. Ela rodou usando mais de 90% da capacidade do supercomputador. Para dar uma ideia, normalmente menos de 1% dos trabalhos usam 90% da capacidade do suprcomputador Mira no Argonne, disseram os administradores da Argonne Leadership Computing Facility, do DOE  Pessoal de computação, tanto do Argonne, quanto do Oak Ridge, auxiliou a adaptar o programa para rodar no Titan.

“Esta é uma simulação muito detalhada”, afirma Heitmann. “Podemos usar esses dados para examinar por que as galáxias se aglomeram desta forma, assim como estudar a física fundamental da própria formação da estrutura”.

A análise dos dois e meio petabytes de dados gerados já começou e vai continuar por vários anos, diz ela. Os cientistas podem extrair dados de fenômenos astrofísicos tais como lentes gravitacionais fortes, lentes gravitacionais fracas, lentes de aglomerados e lentes galáxia-galáxia.

O programa para rodar a simulação é chamado de Hardware/Hybrid Accelerated Cosmology Code (HACC), inicialmente escrito em 2008, mais ou menos quando os supercomputadores científicos romperam a barreira do petaflop (um quatrilhão de operações por segundo). O HACC foi projetado com uma flexibilidade inerente que permite que ele rode em supercomputadores com diferentes arquiteturas

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Os detalhes do trabalho estão contidos no estudo “The Q continuum simulation: harnessing the power of GPU accelerated supercomputers,” publcado em agosto em Astrophysical Journal Supplement Series pela American Astronomical Society. Os outros cientistas do Argonne neste estudo são Nicholas Frontiere, Salman Habib, Adrian Pope, Hal Finkel, Silvio Rizzi, Joe Insley e Suman Bhattacharya, além de Chris Sewell do Laboratório Nacional de Los Alamos (também do DOE).

 

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