Een internationale groep onderzoekers heeft de grootste simulatie van het universum ooit gemaakt.

Wil je het universum vanachter je computer verkennen en heb je nog wat ruimte over op je harde schijf? Dat komt goed uit. Wetenschappers uit Japan, Spanje, Australië, Argentinië, Chili, de VS, Frankrijk en Italië hebben de structuren van het heelal in een computersimulatie gestopt. Het programma – dat Uchuu  wordt genoemd, naar het Japanse woord voor de ruimte – kun je zelf ook downloaden. Het simuleren van ons oneindige universum heeft alleen wel flink wat computerkracht nodig.

Lees ook:

• Is ons universum stiekem één groot computerspel?
• Lost extra dimensie het donkerematerieprobleem op?
• Maak kennis met supercomputer Snellius

Supercomputer

Het onderzoeksteam maakte daarom gebruik van de Japanse supercomputer ATERUI II. Met de kolossale rekenmachine konden de wetenschappers donkere materie in kaart brengen. De computer maakte gebruik van 40.200 CPU-cores. Ter vergelijking: de meeste laptops hebben twee tot acht van dat soort processors. Het resultaat is een programma dat maar liefst 3 petabytes aan data in beslag neemt. Oftewel 3 miljoen GB – wat weer gelijk is aan 894,784,853 foto’s op een telefoon met 12 megapixels.

The dark side

De sporen van licht die je te zien krijgt in Uchuu en op de bovenstaande afbeelding zijn geen sterren, maar clusters van donkere materie. Om te begrijpen wat dat is, moeten we eerst een kijkje nemen naar sterrenstelsels. Dit zijn enorme ronddraaiende schijven die bestaan uit honderden miljarden sterren. En die verzameling heeft een gewicht. Als je dat weet, kun je berekenen hoe snel de gasbollen in zo’n stelsel bewegen. Maar, zo blijkt: de sterren aan de buitenkant gaan veel sneller dan deze berekening voorschrijft – terwijl ze om de een of andere reden toch niet uit de bocht vliegen.

Al sinds 1930 breken wetenschappers zich het hoofd over dit fenomeen. Donkere materie zou een antwoord op het raadsel kunnen zijn. Door deze onzichtbare deeltjes schatten we het gewicht van sterrenstelsels veel te laag, en daarom bewegen de buitenste sterren in de schijf ook veel sneller dan we denken. Ook andere waarnemingen wijzen op het bestaan van donkere materie. De stof beïnvloedt bijvoorbeeld de bewegingen binnen hele groepen sterrenstelsels en heeft zijn sporen achtergelaten in het eerste licht dat het heelal ooit uitzond, 380 duizend jaar na de oerknal.

Tegenwoordig kunnen astronomen deze sporen traceren en verwerken in computersimulaties. De dynamische structuren van donkere materie weergeven de evolutie van ons universum. Met dit soort simulaties krijgen we meer inzicht in de geschiedenis van de ruimte en kunnen we tegelijkertijd beredeneren hoe het heelal er in de toekomst voor staat.

Groot in tijd en ruimte

Hoewel er al meerdere van dit soort computerprogramma’s zijn ontwikkeld, is Uchuu uitzonderlijk. Het omvat namelijk enorme afstanden. De simulatie is een kubus met zijdes van 9,63 miljard lichtjaar. Dat is ongeveer twee miljard keer de afstand van de aarde tot de dichtstbijzijnde ster buiten ons zonnestelsel.

Maar het bijzonderst is de enorme tijdspanne van de applicatie. Uchuu simuleert de evolutie van donkere materie over een periode van 13,8 miljard jaar. Julia Ereza, doctoraal student bij IAA-CSIC, legt het belang van zo’n enorme tijdspanne uit: ‘’Uchuu is net een tijdmachine: we kunnen naar voor, achter en stoppen in de tijd. We kunnen inzoomen op één sterrenstelsel, of uitzoomen om een volledig cluster te bekijken. We kunnen zien wat er op elk moment op elke plaats is gebeurd, van de vroegste tot de laatste tijd van het universum. Daarmee is het een essentieel hulpmiddel bij het onderzoeken van de ruimte.’’

De onderzoekers vinden het belangrijk dat astronomen en data-experts over de hele wereld dit programma kunnen gebruiken. Het team heeft daarom software gebruikt om de enorme hoeveelheid data samen te drukken tot een bestand van ‘slechts’ 100 TB. Dat is nog steeds erg veel, maar het past wel op één computer. Dus zin om de kosmos te verkennen? Hier kun je de data vinden die nodig zijn om dat vanuit je luie stoel te doen.

Bronnen: Cornell University, ScienceAlert, PhysOrg, Astronomie, Jean-Paul Keulen in KIJK

Beeld: Cornell University

Ben je geïnteresseerd in de wereld van wetenschap & technologie en wil je hier graag meer over lezen? Word dan lid van KIJK!