Ilmuwan Ciptakan Simulasi Kosmologis Terbesar yang Pernah Ada, Buka Wawasan Baru tentang Alam Semesta

KEMPALAN: Sebuah tim internasional yang dipimpin oleh China merilis simulasi kosmologis terbesar yang pernah ada, yang diberi nama “HyperMillennium”; simulasi ini menyediakan alat digital canggih bagi para ilmuwan untuk mengeksplorasi evolusi kosmos.

Simulasi ini mencakup sebuah kubus yang sangat besar dengan ukuran sisi 12 miliar tahun cahaya dan menggunakan 4,2 triliun partikel materi gelap virtual. Dengan menerapkan teknik yang disebut simulasi numerik N-body, tim tersebut secara akurat merekonstruksi bagaimana struktur skala besar dari alam semesta berevolusi selama 10 miliar tahun. Secara sederhana, mereka membangun alam semesta virtual di dalam sebuah superkomputer, bermula dari titik waktu tak lama setelah “Big Bang” dan mengikuti tarikan gravitasi langkah demi langkah.

Dengan kosmos virtual ini, para peneliti dapat “memutar ulang waktu” dan mempelajari bagaimana galaksi serta fitur-fitur kosmis lainnya terbentuk. Dengan menambahkan model fisika pembentukan galaksi, simulasi ini menghasilkan katalog rinci mengenai posisi galaksi, kecerahan, dan karakteristik penting lainnya. Hal ini memberikan dukungan teoretis bagi penelitian tentang materi gelap dan energi gelap, sekaligus menjadi landasan kuat bagi program survei galaksi generasi baru, seperti Teleskop Stasiun Luar Angkasa China dan misi Euclid milik Badan Antariksa Eropa (European Space Agency/ESA).

“Simulasi ini diselesaikan dengan resolusi gaya dan akurasi waktu yang tinggi, serta mencapai terobosan dalam skala komputasi. Dengan simulasi ini, para ilmuwan dapat mempelajari struktur kosmis masif yang sangat langka secara mendetail, sambil tetap mempertahankan kapabilitas statistik yang kuat,” kata Wang Qiao, peneliti di Observatorium Astronomi Nasional China (National Astronomical Observatories of China/NAOC) yang berada di bawah naungan Akademi Ilmu Pengetahuan China (Chinese Academy of Sciences/CAS).

Simulasi berskala besar seperti ini membutuhkan sumber daya komputasi yang sangat besar. Tim peneliti menggunakan perangkat lunak yang mereka kembangkan sendiri, bernama “PhotoNs”, yang dirancang khusus untuk superkomputer domestik China. Setelah pengembangan algoritma dan optimisasi selama lebih dari 10 tahun, tim berhasil melakukan perhitungan secara efisien dengan menggunakan lebih dari 10.000 kartu akselerator (accelerator card). Proyek ini menghabiskan lebih dari 100 juta jam inti CPU (CPU core-hour) dan 10 juta jam kartu akselerator, serta menghasilkan sekitar 13 petabita data mentah dan data yang telah diolah.

Mike Boylan-Kolchin, seorang profesor dari Universitas Texas di Austin, menyebut simulasi ini sebagai keajaiban komputasional yang akan membantu mengungkap rahasia energi gelap dan alam semesta awal. Dia juga mengatakan bahwa ukuran dan resolusinya yang belum pernah ada sebelumnya menjadikan simulasi ini sebagai acuan penting bagi komunitas riset selama bertahun-tahun ke depan.

Volker Springel, direktur Max Planck Institute for Astrophysics di Jerman, mengatakan bahwa simulasi ini mendefinisikan ulang batas-batas kosmologi numerik. Dia mengaku “sangat terkesan” dengan upaya tim dalam mewujudkan simulasi yang luar biasa besar dan sangat akurat ini, yang memungkinkan pengujian baru berpresisi tinggi terhadap model kosmologis standar.

Makalah penelitian pertama dari proyek ini telah diterbitkan baru-baru ini di dalam jurnal Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. Sebagai demonstrasi kekuatan simulasi tersebut, tim membandingkan hasil simulasi dengan pengamatan nyata terhadap Abell 2744, gugus galaksi terkenal yang berjarak sekitar empat miliar tahun cahaya dari Bumi. Kesesuaiannya luar biasa, hingga tingkat piksel, yang menegaskan bahwa model kosmologis standar tetap berlaku bahkan dalam lingkungan yang sangat kompleks seperti gugus galaksi yang bertabrakan.

Menurut NAOC, batch pertama dari data simulasi telah dirilis kepada komunitas ilmiah global melalui National Astronomical Data Center, sebuah platform untuk penelitian astronomi, pendidikan, dan aplikasi berbasis data.