Создана крупнейшая в истории симуляция Вселенной для миссии Euclid

Консорциум, управляющий миссией Euclid Европейского космического агентства (ЕКА), опубликовал самую обширную на сегодняшний день симуляцию космоса. Моделирование основано на алгоритмах, разработанных профессором Цюрихского университета Иоахимом Штаделем.

Изображение из каталога симуляций Euclid Flagship. Каждая точка представляет галактику: синие отметки — галактики в центрах сгустков темной материи, красные — спутники внутри них. Автор: Jorge Carretero & Pau Tallada, Port d’Informació Científica / Euclid Consortium

Консорциум Euclid представил «Flagship 2 galaxy (синтетический симулятор галактик)» — крупнейший из когда-либо созданных синтетических симуляторов Вселенной. Он содержит 3,4 миллиарда галактик, каждая из которых имеет 400 смоделированных свойств, таких как яркость, положение, скорость и форма. Симуляция предназначена для помощи ученым в интерпретации и анализе огромных массивов данных, генерируемых космическим телескопом Euclid, который с июня 2023 года исследует космос с беспрецедентным разрешением.

Расчеты проводились в 2019 году на суперкомпьютере Piz Daint в Швейцарском национальном суперкомпьютерном центре (CSCS). Тогда это был третий по мощности суперкомпьютер в мире, и более 80% его общей мощности было выделено на этот проект.

«Это была огромная задача — смоделировать такую большую часть Вселенной с таким разрешением в рамках одного расчета», — вспоминает Штадель.

Вычисления отслеживали гравитационные взаимодействия четырех триллионов частиц. На втором этапе эти структуры были заполнены галактиками, находящимися в поле зрения Euclid, создав реалистичную модель того, что телескоп фактически наблюдает.

Подготовка к автоматическому анализу данных

Эти симуляции критически важны для подготовки анализа данных Euclid. Телескоп производит данные в таком огромном объеме и с такой скоростью, что их сначала необходимо обрабатывать автоматически. Методология интерпретации этих данных должна была быть разработана заранее — с использованием симуляций.

Модель Flagship 2 основана на стандартной космологической модели и включает современные знания о составе и эволюции Вселенной. Исследователи ожидают, что наблюдения Euclid в целом подтвердят распределение материи, предсказанное в симуляции.

Трещины в стандартной модели

В то же время ученые ожидают сюрпризов и неожиданных открытий. «Мы уже видим признаки трещин в стандартной модели», — говорит Штадель. Euclid может выявить дальнейшие явления, которые нельзя объяснить в рамках текущей теоретической базы.

«Будет интересно посмотреть, выдержит ли модель проверку высокоточными данными Euclid, или же мы обнаружим признаки новых недостатков», — добавляет Джулиан Адамек из Цюрихского университета.

Миссия также направлена на изучение природы темной энергии — загадочной силы, управляющей космическим расширением. «В модели темная энергия — это просто константа, объясняющая расширение Вселенной», — говорит Штадель.

Данные Euclid позволяют астрономам заглянуть на 10 миллиардов лет назад в космическую историю. «Мы можем увидеть, как Вселенная расширялась в то время, и измерить, действительно ли эта константа оставалась постоянной», — отмечает Адамек.

Беспрецедентное разрешение и редкие явления

Euclid — самая комплексная съемка космоса из когда-либо предпринимавшихся, причем не только по масштабу, но и по точности. Его высокое разрешение позволяет исследователям обнаруживать даже малейшие искажения в изображениях галактик, вызванные гравитационным линзированием.

Ожидается, что Euclid также обнаружит редкие космические явления. По словам Адамека, поскольку телескоп охватывает такую огромную область, шансы найти неожиданные или редкие объекты высоки.

В марте 2025 года Euclid выпустил свои первые наблюдательные данные. Этот «Быстрый выпуск данных» представлял лишь небольшую часть полного набора данных миссии, но уже предложил новые взгляды на космическую паутину и скопления галактик. Публикация дальнейших наборов данных запланирована на весну 2026 года.