ミレニアムラン
Computer simulation of the universe

ミレニアム・ラン、あるいはミレニアム・シミュレーション（その規模[1] [2]に由来）は、宇宙における物質の分布が時間とともにどのように進化してきたか、特に観測されている銀河集団がどのように形成されたかを調査するために使用されるコンピュータ N体シミュレーションです。これは、物理宇宙論を研究する科学者によって、観測結果と理論予測を比較するために用いられています。

概要

宇宙論における理論を検証するための基本的な科学的方法は、宇宙の観測可能な部分に対するその帰結を評価することです。観測的証拠の一つは、現在観測されている銀河や銀河間ガスなどの物質の分布です。より遠くの物質から放射された光は地球に到達するまでに長い距離を移動する必要があります。つまり、遠くの天体を観測することは、より遠い過去を観測することと同じです。これは、宇宙における物質分布の時間的変化も直接観測できることを意味します。

ミレニアムシミュレーションは、ドイツ、英国、カナダ、日本、米国の国際的な天体物理学者グループであるVirgoコンソーシアムによって2005年に実行されました。シミュレーションは、宇宙が始まってから約379,000年後、宇宙マイクロ波背景放射が放射された時代から始まります。宇宙背景放射は衛星実験によって研究されており、観測された宇宙背景の不均一性は、対応する物質分布の進化を追跡するための出発点となります。現在知られている宇宙論で成立すると予想される物理法則と、実際の銀河に影響を与えることが観測されている天体物理学的プロセスの簡略化された表現を使用して、初期の物質分布を進化させ、銀河とブラックホールの形成に関するシミュレーションの予測を記録します。

2005年にミレニアムラン・シミュレーションが完了して以来、その蓄積された出力データを用いて、銀河形成に関するより洗練され、より忠実度の高い一連のシミュレーションが構築され、インターネット上で公開されています。銀河形成の天体物理学的処理の改善に加え、最近のバージョンでは、基礎となる宇宙論モデルのパラメータが調整され、その正確な値に関する考え方の変化を反映しています。現在（2018年半ば）までに、950本以上の論文がミレニアムランのデータを利用しており、少なくともこの尺度においては、ミレニアムランは史上最も影響力のある天体物理学シミュレーションとなっています。[3]

シミュレーションのサイズ

2005年6月2日に発表された最初の科学的成果として、ミレニアム・シミュレーションは2160 3 個、つまり100億個強の「粒子」を追跡しました。これらは素粒子物理学における粒子ではなく、それぞれの「粒子」は太陽質量の約10億倍の暗黒物質を表しています。[1]シミュレーションされた宇宙領域は、長さ約20億光年の立方体でした。 [1]この体積には約2000万個の「銀河」が存在していました。ドイツのガルヒンクにあるスーパーコンピュータは、 GADGETコードのバージョンを用いて1ヶ月以上かけてこのシミュレーションを実行しました。シミュレーションの出力には約25テラバイトのストレージが必要でした。[4]

最初の結果

スローン・デジタル・スカイ・サーベイは、遠距離、つまりはるか昔に非常に明るいクエーサーを発見し、従来の宇宙論の理解に疑問を投げかけました。これらのクエーサーが実際にはブラックホールであるという説明には、当時の予想よりもはるかに古い時代に形成されたことが必要でした。ミレニアム・シミュレーションは、初期のクエーサーの生成に成功したことで、これらの天体が私たちの宇宙進化モデルと矛盾しないことを実証しました。

ミレニアムII

2009年、同じ研究グループは、より小さな立方体（一辺約4億光年）上で「ミレニアムII」シミュレーション（MS-II）を実行しました。粒子数は同じですが、各粒子は太陽質量の690万倍に相当します。これは、高密度の物質塊が存在する場合、計算領域をプロセッサ間で分割することが困難になるため、かなり難しい数値計算タスクです。MS-IIは、ガルヒングにあるPower-6コンピュータで2048コア、140万CPU時間（約1か月）使用しました。高解像度での実行で得られた特徴が低解像度でも見られるかを確認するため、同じ初期条件で粒子数を減らしたシミュレーションも実行されました。

ミレニアムXXL

2010 年には、「ミレニアム XXL」シミュレーション (MXXL) が実行されました。今回ははるかに大きな立方体 (一辺が 130 億光年以上) と、太陽の 70 億倍の質量を表す 6720 個の3粒子が使用されました。MXXL は、それぞれミレニアム シミュレーション ボックスと MS-II シミュレーション ボックスの 216 倍と 27,000 倍の大きさの宇宙体積に及びます。シミュレーションは、2010 年の世界のトップ 15 スーパーコンピュータの 1 つであるJUROPAで実行されました。300 年の CPU 時間に相当する 12,000 個以上のコアと 30 テラバイトの RAM が使用され、100 テラバイトを超えるデータが生成しました。[5]宇宙学者は MXXL シミュレーションを使用して、非常に大規模な銀河と暗黒物質ハローの分布や、宇宙で最も稀で大規模な構造がどのように形成されたかを研究しています。

ミレニアムラン天文台

2012年、ミレニアムラン観測所（MRObs）プロジェクトが開始されました。MRObsは、ダークマター（ミレニアムシミュレーションによる）と銀河（半解析モデルによる）の詳細な予測を仮想望遠鏡と統合し、人工的な観測結果を合成する理論上の仮想観測所です。天体物理学者はこれらの仮想観測結果を用いて、ミレニアムシミュレーションによる予測が現実の宇宙とどのように比較されるかを研究し、将来の観測調査を計画し、天文学者が現実の観測結果を解析するために使用する手法を較正します。MRObsによって生成された最初の仮想観測結果は、MRObsウェブポータルを通じて天文学コミュニティに公開され、解析されています。仮想宇宙には、新しいオンラインツールであるMRObsブラウザからもアクセスできます。このブラウザを使うと、ユーザーはミレニアムプロジェクトの何百万ものダークマターハローとその銀河の特性が保存されているミレニアムランリレーショナルデータベースと対話できます。 MRObs フレームワークのアップグレードと、他の種類のシミュレーションへの拡張が現在計画されています。

参照

参考文献

  1. ^ abc Springel, Volker; et al. (2005). 「銀河とクエーサーの形成、進化、クラスター形成のシミュレーション」(PDF) . Nature . 435 (7042): 629– 636. arXiv : astro-ph/0504097 . Bibcode :2005Natur.435..629S. doi :10.1038/nature03597. hdl :2027.42/62586. PMID:  15931216 . S2CID  :4383030.
  2. ^ 「MPA :: Current Research Highlight :: August 2004」。2009年5月28日閲覧。
  3. ^ 「ミレニアムシミュレーション公開ページ」 。 2017年2月15日閲覧。
  4. ^ 「ミレニアムシミュレーション - 史上最大の宇宙モデル」 。 2009年5月28日閲覧。
  5. ^ 「ミレニアムXXLプロジェクト：ダークエネルギー宇宙における銀河系人口のシミュレーション」 。 2013年7月2日閲覧。

さらに読む

  • Springel, Volker; et al. (2005). 「銀河とクエーサーの形成、進化、クラスター形成のシミュレーション」(PDF) . Nature . 435 (7042): 629– 636. arXiv : astro-ph/0504097 . Bibcode :2005Natur.435..629S. doi :10.1038/nature03597 . hdl :2027.42/62586. PMID :  15931216. S2CID  : 4383030.
  • Boylan-Kolchin, Michael; et al. (2009). 「ミレニアムIIシミュレーションによる宇宙構造形成の解明」. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 398 (3): 1150–116?. arXiv : 0903.3041 . Bibcode :2009MNRAS.398.1150B. doi : 10.1111/j.1365-2966.2009.15191.x . S2CID  9703617.
  • アングロ、ラウル他 (2012). 「ミレニアムXXLシミュレーションにおける銀河団のスケーリング関係」.王立天文学会月報. 426 (3): 2046– 2062. arXiv : 1203.3216 . Bibcode : 2012MNRAS.426.2046A. doi : 10.1111/j.1365-2966.2012.21830.x . S2CID  53692799.
  • オーバージアー、ロデリック他 (2012). 「ミレニアム・ラン天文台：ファーストライト」.王立天文学会月報. 428 (1): 778– 803. arXiv : 1206.6923 . Bibcode :2013MNRAS.428..778O. doi : 10.1093/mnras/sts076 . S2CID  119219960.
  • Lemson, Gerard; Virgo Consortium (2006). 「ミレニアムシミュレーションによるハローと銀河形成史：LambdaCDM宇宙論における銀河の進化を研究するための、VO指向かつSQLクエリ可能なデータベースの公開」arXiv : astro-ph/0608019 .
  • ミレニアムシミュレーションデータページ
  • 6月2日の結果に関するプレスリリース（MPG）
  • VIRGOホームページ
  • クエーサー、銀河、そしてそれらの大規模分布の共同進化のシミュレーション
  • ミレニアムラン観測所のページ
  • ミレニアムランリレーショナルデータベース
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