极端地平线：了解“黑暗”宇宙和原始星系形成

RAMSES仿真代码是天体物理学和宇宙学的数字代码。它基于自适应网格细化计算技术。P基于物质密度示出了自适应网格配置。

由CEA，CNRS，SorbonneUniversité和UniversitéParis-Saclay团队经营的极端地平线协作已经产生了一种全新的宇宙结构演变模拟 - 星系 - 星系，星星和超大的黑洞 - 这在大之后开始几个时刻爆炸并继续到现在。它描述了宇宙中宇宙的90％，以前所未有的分辨率表示的间隔区域。在CEA的非常大的计算中心（TGCC），导致银河系和宇宙学秤的两个令人惊讶的结果导致了两种令人惊讶的结果，这是在Genci的Joliot-Curie超级计算机上进行的主要“大挑战”之一。结果于2020年11月4日发表于MNRAS和A＆B＆Bonders。

可见的物质占宇宙总质量的16％。对那种质量的其余部分的性质知之甚少，称为暗物质。更令人惊讶的是，宇宙的总质量占其能量的30％。其余的是黑能量，这是完全未知的，但负责宇宙的加速扩张。

图1。extrem-Horizo​​ n模拟的看法。红色是热气体，一般通过超大的黑洞排出星系。灰色是原始冷气体，其沿着宇宙细丝喂养星系。由于大规模的星爆（超新世界）的效果，绿色是富含重量元素（金属）的气体。

要了解更多关于暗物质和黑暗能源，天体物理学家使用宇宙的大规模调查或对星系的特性进行详细研究。但他们只能通过将它们与暗物质和黑能量的理论模型进行比较来解释他们的观察。但这些模拟在超级计算机上取出了数百万的计算时间。

极端地平线的合作能够在大爆炸后的最初瞬间进行宇宙结构演变的模拟，在Joliot-Curie超级计算机上，它提供22个Petaflops的计算能力（22 x 1015浮动每秒点操作）。在计算的每个步骤中处理的数值数据的体积超过3TB（1012字节），证明了使用新技术进行写入（具有自适应网格细化的RAMSES代码）并读取模拟数据。

宇宙学：纠正Lyman-林的α数据

模拟的第一个结果涉及远程宇宙的大型结构的解释：间术氢云。天体物理学家通过测量来自Quasars的光的吸收来检测这些，这是由于存在的超大性黑洞的存在而极光，这在其增孔盘中吸引物质。由于宇宙的扩展，视线沿着视线沿着视线的每个云α都产生了一个具有特定红移的“吸收线”（Lyman-）。所有这些线条都形成了密集的“森林”，揭示了氢云的一维分布，因此物质，在10到120亿光年（LY）之间的距离。

图2。extreme-Horizo​​ n模拟的视图显示50 MPC广场的区域。这里显示气体温度（紫罗兰色〜10 ^ 4k - 黄色〜10 ^ 7k）。主要的星系在热气体的大卤隙中出现冷点。

然而，这些Quasars和美国之间的许多黑洞将相当大的能量驱逐成间介质，改变其热状态和莱曼林的性α质。在极端地平线仿真中使用的物理模型详细描述了这一反馈，其中宇宙学参数的估计数为几个百分点。计算出的校正因子将是至关重要的，特别是对于亚利桑那州（美国）的Desi（暗能谱仪器）实验，因为偏差可以超过5％，而目标精度为1％。

超紧凑的大型星系形成就像“蜂箱”一样

极端地平线模拟在低密度区域的高分辨率意味着它能够通过星系描述“冷”气体吸收，并且当宇宙仅为2至30亿岁时，形成超紧凑的大型星系。这些非典型星系，最近在智利的Alma（Atacama大毫米/亚峰米阵列）射频望远镜中观察到的，由许多非常小的星系的快速聚类形成。由于极端的解决方案，才有可能识别这种“蜂箱”的增长方法。

图3。与宇宙模拟正常分辨率重新模拟宇宙模拟（红色）的宇宙相同地区的比率相比，周边地平线模拟（蓝色）的质量尺寸比。极端地平线再现观察到的星系的质量到尺寸比（黑曲线），并通过馈送星系的漫射介质的改进分辨率，解释了在原始宇宙中观察到的超紧凑型星系（在虚线曲线下）的存在形成。

关于Joliot-Curie超级计算机的大挑战

基于ATOS的Bullsequana架构的Joliot-Curie超级计算机公司由Atos（法国高性能计算中心）设计，达到了2020年的22个Petaflops的峰值计算能力。

大挑战是在“大挑战”期间进行的特殊模拟和计算，遵循安装新的计算机分区。这个三个月的时间为少数用户提供了访问大量机器资源的独特机会。它们从TGCC和制造商团队的支持中受益，共同努力在此“启动”阶段期间优化计算机的操作。

Extreme-Horizo​​ n在Genci's Joliot-Curie超级计算机的新AMD罗马计算分区上运行，由CEA军事应用部门（大坝）的计算机科学家团队在非常大的计算中心（Bruyères-Le-Châtel）的Tod of Ceal的军事应用部门（大坝）进行。该模拟需要五百万计算时间，并使用新的数据读取和写入技术来减少使用的磁盘空间并加速数据访问。这项工作是在CEA和UniversitéAlis-Saclay的高性能计算和仿真实验室的若干机构和部门的支持下完成的

该项目作为CEA-IRFU，AIM（CEA，CNRS，UniversitédeAlis），IAP（CNRS，SorbonneUniversité）和LIHPC（UniversitéParis-Saclay，Cea-Dam）之间的合作。

参考：

“在extrem-Horizo​​ n模拟中形成紧凑星系”，S.Chabanier，F.Bournaud，Y. Dubois，S. Codis，D.Chapon，D.·埃尔巴兹，C. Pichon，O. Bressand，J. Devriendt，R 。Gavazzi，K. Kraljic，T. Kimm10，C. Laigle，J.-B。 Lekien，G. Martin，N.Palanque-Delabrouille，S.Peirani，P.-f。 Piserchia，A.Slyz，M.Trebitsch和C.Yèche，11月4日，2020年11月4日，天文学和Astrophysics.doi：
10.1051/0004-6361/202038614

“AGN反馈对来自Ly森林的1D功率谱α的影响使用SolèneChabanier，FrédéricBournaud，yohan dubois，Nathalie Palanque-Delabrouille，ChristopheYèche，Eric Armengaud，SébastienPeirani和Ricarda Beckmann ，7月7日2020年5月，皇家天文协会的每月通知
。DO：10.1093 / mnras / staa1242