Obliczyć ciemną część wszechświata
Symulacje numeryczne pozwalają na uzyskiwanie solidnych szacunków potrzebnych do rozwiązywania skomplikowanych problemów kosmologicznych, dotyczących na przykład narodzin i rozwijania się obiektów astrofizycznych. Porównanie szacunków dotyczących ewoluowania różnych procesów fizycznych z aktualnymi i przyszłymi obserwacjami pomoże w ustaleniu najważniejszych parametrów kosmologicznych. Dostępne moce obliczeniowe pozwalają na badanie wielu procesów astrofizycznych w widocznej części wszechświata. Jednakże, 95% energii we wszechświecie składa się z dwóch komponentów, których natura nie została jeszcze dokładnie zbadana. Ciemna energia i ciemna materia były przedmiotem badań w ramach projektu "Computing in the dark sector: a Cactus toolkit for modified-gravity cosmologies" (COSMOTOOLKIT). Projekt COSMOTOOLKIT miał na celu rozbudowę ogólnodostępnego zestawu narzędzi Einstein do zastosowania w kosmologii numerycznej. Zestaw ten, stworzony przez naukowców z całego świata, łączy różne narzędzia potrzebne do symulacji czarnych dziur, zapadających się gwiazd i innych obiektów zdegenerowanych. Uczestnicy projektu COSMOTOOLKIT opracowali nowe narzędzia komputerowe i biblioteki, które mogą znaleźć zastosowanie w rozwijaniu nauki. Mówiąc dokładniej, wykorzystano techniki numerycznej symulacji ewolucji cieczy, takich jak pył kosmiczny i skalarne pola grawitacyjne. Metody obliczeniowe zaadaptowano, tak aby umożliwić symulację regionów o wielkości powyżej kilku gigaparseków oraz stworzenie pierwszych trójwymiarowych modeli wszechświata. Przygotowano także grunt pod prace teoretyczne nad określeniem sygnatur fal grawitacyjnych. Równolegle badano istnienie oraz wyjątkowość rozwiązań równań Einsteina dotyczących czasoprzestrzeni. Rozwiązania te są poszukiwane już od pół wieku, a uczestnikom projektu COSMOTOOLKIT udało się po raz pierwszy poznać zachowanie sieci okresowych czarnych dziur. Złożoną fenomenologię opisano za pomocą symulacji numerycznych rozszerzających się sieci. Utworzono portal internetowy "The black-hole-lattice lab" umożliwiający udostępnianie nowych kodów i modelowanie zjawisk kosmologicznych. Będzie on także służył jako magazyn informacji na temat czarnych dziur oraz miejsce dyskusji dla naukowców. W projekcie COSMOTOOLKIT nawiązano owocną współpracę, która będzie niezbędna do optymalizacji metod numerycznych.
Słowa kluczowe
Kosmologia, oprogramowanie, ciemna energia, ciemna materia, symulacje, wszechświat, czarne dziury, biblioteki, ślady fal grawitacyjnych
