ミレニアムラン

ミレニアムラン、またはミレニアムシミュレーション（その規模を指す^{[1] [2]}）は、宇宙の物質の分布が時間の経過とともにどのように進化したか、特に観測された銀河の集団がどのように形成されたかを調べるために使用されるコンピューター 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使用されています。

宇宙論の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理論の影響を評価することです。観測証拠の 1 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。より遠い物質から放射された光は、地球に到達するために長い距離を移動する必要があります。つまり、遠くの物体を見ることは、さらに過去を振り返ることと同じです。つまり、宇宙の物質分布の時間的変化も直接観測できるということです。

ミレニアム・シミュレーションは、ドイツ、イギリス、カナダ、日本、米国の国際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、宇宙背景で観測された不均一性は、対応する物質分布の進化を追跡するための出発点として機能します。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た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内に、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て、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が反映されています。現在 (2018 年半ば) までに、950 を超える論文がミレニアム ランのデータを利用しており、少なくともこの基準では、史上最も影響力のある天体物理学的シミュレーションとなっています。^[3]

2005 年 6 月 2 日に発表された最初の科学的成果では、ミレニアム シミュレーションによって 2160 ^{3 、つまり 100 億個を超える「粒子」が追跡されました。これらは}粒子物理学の意味での粒子ではなく、各「粒子」は太陽質量の約 10 億倍の暗黒物質を表します。^[1]シミュレーションされた空間領域は、長さが約 20 億光年の立方体でした。 ^[1]この体積には約 2,000 万の「銀河」が存在します。ドイツのガルヒングにあるスーパー コンピューターが、 GADGETコードのバージョンを使用して1 か月以上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]

スローンデジタル スカイ サーベイは、遠方にある非常に明るいクエーサーの中にブラックホール候補を発見し、現在の宇宙論の理解に疑問を投げかけました。これは、クエーサーが当初の予想よりずっと早い時期に生成されたことを意味します。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、これらの天体が宇宙の進化に関する私たちのモデルと矛盾しないことを実証しました。

2009 年に、同じグループが、より小さな立方体 (1 辺が約 4 億光年) で「ミレニアム II」シミュレーション (MS-II) を実行しました。粒子の数は変わりませんが、各粒子は太陽の 690 万質量を表します。これは、計算領域をプロセッサ間で分割することが、密集した物質の塊が存在すると困難になるため、かなり難しい数値タスクです。MS-II は、ガルヒングの Power-6 コンピューターで 2048 コア (つまり約 1 か月) で 140 万 CPU 時間使用しました。また、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し、高解像度で実行された特徴が低解像度でも見られるかを確認しました。

2010年に「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、それぞれ太陽の70億倍の質量を表す6720 ^{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わたります。シミュレーションは、2010年に世界のトップ15のスーパーコンピューターの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以上のコアと30テラバイトのRAMを使用し、100テラバイトを超えるデータを生成しました。^[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と、宇宙で最も稀で大規模な構造がどのように発生したかを研究しています。

2012 年に、ミレニアム ラン オブザーバトリー (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 (半分析モデルによる) の詳細な予測を仮想望遠鏡と統合して人工観測を合成する理論上の仮想観測所です。天体物理学者は、これらの仮想観測を使用して、ミレニアム シミュレーションによる予測が実際の宇宙とどのように比較されるかを調べ、将来の観測調査を計画し、天文学者が実際の観測を分析するために使用する手法を調整します。MRObs によって作成された最初の仮想観測セットは、MRObs Web ポータルを通じて天文学コミュニティに公開され、分析されています。仮想宇宙には、新しいオンライン ツールである MRObs ブラウザーからもアクセスできます。このツールを使用すると、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。

• イラストリス
• エリス（シミュレーション）
• ボリショイ宇宙論シミュレーション

• 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」. 王立天文学会月報. 398 (3): 1150–116?. arXiv : 0903.3041 . Bibcode :2009MNRAS.398.1150B. doi : 10.1111/j.1365-2966.2009.15191.x . S2CID  9703617.
• Angulo, Raul; et al. (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」. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society . 426 (3): 2046–2062. arXiv : 1203.3216 . Bibcode :2012MNRAS.426.2046A. doi : 10.1111/j.1365-2966.2012.21830.x . S2CID  53692799.
• Overzier, Roderik; et al. (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 指向で SQL クエリ可能なデータベースの公開」。arXiv : astro - ph/0608019。Bibcode :2006astro.ph..8019L。 {{cite journal}}:ジャーナルを引用するには|journal=(ヘルプ)が必要です

• 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