Este é o maior conjunto de simulações do universo, com 60 trilhões de partículas

Um novo conjunto de simulações cosmológicas atingiu a marca histórica de 60 trilhões de partículas, aproximadamente. Ele é tão grande que, segundo os cientistas envolvidos, teria mais partículas do que todas as outras simulações do tipo juntas. Os números exorbitantes serão muito úteis no estudo de interações gravitacionais, incluindo aglomerados de matéria escura.

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O AbacusSummit foi produzido por pesquisadores do Centro de Astrofísica Computacional (CCA) do Flatiron Institute e do Center for Astrophysics | Harvard & Smithsonian. Trata-se de um conjunto formado por mais de 160 simulações que fazem todo o cálculo de como a atração gravitacional faz com que as partículas do universo se movam.

Esse tipo de modelo é conhecido como simulações de N-body e medem as interações gravitacionais entre três ou mais corpos. Esse tipo de cálculo é um dos maiores desafios para os astrônomos porque, mesmo sabendo como a gravidade funciona, e tendo as fórmulas matemáticas para calcular o movimento de dois corpos, quando há mais objetos em cena as coisas ficam realmente complexas.

Com este conjunto de simulações, no entanto, os cientistas esperam conseguir chegar a resultados mais aproximados do que os anteriores — que são, na verdade, estimativas aproximadas, já que o problema de N-body (muitos corpos) não tem uma solução definitiva. Isso inclui medir o comportamento da matéria escura, que compõe a maior parte do material do universo e interage apenas por meio da gravidade, e a influência dela sobre outros corpos.

No caso do AbacusSummit, os pesquisadores poderão aprimorar pesquisas com mapas do cosmos com detalhes sem precedentes nos próximos anos, de acordo com o comunicado da Simons Foundation. Aliando as simulações aos instrumentos observacionais de próxima geração, os cientistas devem melhorar muito as estimativas dos parâmetros cósmicos. A simulação também replica estruturas em escala do nosso universo — como a teia cósmica e aglomerados de galáxias.

Quanto às escalas, é possível visualizar e calcular o comportamento do universo em campos de visão como 100 milhões de anos-luz até 10 bilhões de anos luz. Isso permitirá calcular as interações entre múltiplos corpos incluindo objetos muito distantes, que ainda assim exercem influência gravitacional. Isso é feito através de um “código inteligente”, um novo método numérico e muito poder de computação.

O nome do conjunto é derivado do supercomputador Summit, o mais rápido do mundo na época em que a equipe fez os cálculos, e da base de código chamada Abacus, criada pela equipe para aproveitar ao máximo o poder de processamento paralelo da Summit. Com a abordagem adotada, vários cálculos podem ser executados simultaneamente através das muitas unidades de processamento gráfico do supercomputador.

Uma vez que não existe uma solução para o problema de múltiplos corpos, o código Abacus divide cada simulação em uma grade. Um cálculo inicial fornece uma boa aproximação dos efeitos de partículas (cada partícula representa um aglomerado de matéria escura com 3 bilhões de massas solares) distantes em qualquer ponto da simulação, enquanto as partículas próximas são dividas para que o computador possa trabalhar em cada grupo independentemente, combinando a aproximação de partículas distantes com cálculos precisos daquelas mais próximas.

Com esse design, o Abacus pode atualizar 70 milhões de partículas por segundo por nó do supercomputador Summit, e até mesmo analisar uma simulação enquanto está rodando para procurar por manchas de matéria escura indicativas de galáxias formadoras de estrelas brilhantes. “Nossa visão era criar esse código para fornecer as simulações necessárias para esse novo tipo de pesquisa de galáxias”, diz Lehman Garrison, autor principal de um dos novos artigos sobre o AbacusSummit.

A simulação foi apresentada em uma série de artigos publicados no Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Fonte: Simons Foundation, Universe Today