Zichtbare materie vormt slechts 16% van de totale massa van het universum. Er is weinig bekend over de aard van de rest van die massa, die donkere materie wordt genoemd. Nog verrassender is het feit dat de totale massa van het universum slechts 30% van zijn energie uitmaakt. De rest is donkere energie, die totaal onbekend is, maar verantwoordelijk is voor de versnelde uitdijing van het universum.

Om meer te weten te komen over donkere materie en donkere energie, astrofysici gebruiken grootschalige onderzoeken van het heelal of gedetailleerde studies van de eigenschappen van sterrenstelsels. Maar ze kunnen hun waarnemingen alleen interpreteren door ze te vergelijken met voorspellingen van theoretische modellen van donkere materie en donkere energie. Maar deze simulaties vergen tientallen miljoenen rekenuren op supercomputers.

De Extreme-Horizon-samenwerking was in staat om een ​​simulatie uit te voeren van de evolutie van kosmische structuren vanaf de eerste momenten na de oerknal tot op de dag van vandaag, op de Joliot-Curie-supercomputer, die rekenkracht biedt van 22 petaflops (22 x 10 ¹⁵ drijvende-kommabewerkingen per seconde). Het volume aan verwerkte numerieke gegevens overschreed 3TB (10 ¹² bytes) bij elke stap van de berekening, rechtvaardiging van het gebruik van nieuwe technieken voor het schrijven (RAMSES-code met adaptieve mesh-verfijning) en het lezen van de simulatiegegevens.

Kosmologie:het corrigeren van de gegevens uit het Lyman-α forest

Het eerste resultaat van de simulatie betreft de interpretatie van grote structuren van het verre heelal:intergalactische waterstofwolken. Astrofysici detecteren deze door de absorptie van licht van quasars te meten, die extreem lichtgevend zijn vanwege de aanwezigheid van een superzwaar zwart gat dat materie aantrekt in zijn accretieschijf. Elk van de wolken langs de zichtlijn produceert een absorptielijn (Lyman-α) met een specifieke roodverschuiving, door de uitdijing van het heelal. Al deze lijnen vormen een dicht bos, het onthullen van de eendimensionale verdeling van de waterstofwolken, en daarom van materie, op afstanden tussen 10 en 12 miljard lichtjaar (ly).

Echter, veel zwarte gaten tussen deze quasars en ons verdrijven een aanzienlijke hoeveelheid energie in het intergalactische medium, het veranderen van de thermische toestand en de eigenschappen van het Lyman-α bos. Het fysieke model dat wordt gebruikt in de Extreme-Horizon-simulatie beschrijft in detail deze feedback, die schattingen van kosmologische parameters met enkele procenten vertekent. De berekende correctiefactor is van vitaal belang, in het bijzonder voor het DESI-experiment (Dark Energy Spectroscopic Instrument) in aanbouw in Arizona (VS), omdat de bias 5% kan overschrijden, terwijl de doelnauwkeurigheid 1% is.

Ultracompacte massieve sterrenstelsels gevormd als een bijenkorf

De hoge resolutie van de Extreme-Horizon-simulatie in gebieden met een lage dichtheid betekende dat het in staat was om de aanwas van koud gas door sterrenstelsels en de vorming van ultracompacte massieve sterrenstelsels te beschrijven toen het universum slechts 2 tot 3 miljard jaar oud was. Deze atypische sterrenstelsels, onlangs waargenomen met de Alma (Atacama Large Millimeter/Submillimeter Array) radiotelescoop in Chili, worden gevormd door de snelle clustering van vele zeer kleine sterrenstelsels. Het was alleen mogelijk om deze 'bijenkorf'-groeimethode te identificeren vanwege de uitzonderlijke resolutie van Extreme-Horizon.

Grote uitdaging op de Joliot-Curie-supercomputer

Ontworpen door het bedrijf Atos voor GENCI (het Franse high-performance computercentrum), de Joliot-Curie-supercomputer, gebaseerd op de BullSequana-architectuur van Atos, bereikte in 2020 een piek in rekenkracht van 22 petaflops.

Grote uitdagingen zijn uitzonderlijke simulaties en berekeningen die worden uitgevoerd tijdens de Grand Challenge-periode die volgt op de installatie van een nieuwe computerpartitie. Deze periode van drie maanden biedt een unieke kans voor een klein aantal gebruikers om toegang te krijgen tot een groot deel van de bronnen van de machine. Ze profiteren van de steun van de teams van de TGCC en de fabrikant, samenwerken om de werking van de computer tijdens deze opstartfase te optimaliseren.