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スパコン大活躍!
宇宙の成り立ちとスパコン

ダークマターってどんなもの?

スパコンで宇宙を研究しているって本当?どんな研究をしているのか知りたいな。
そうじゃな、宇宙の成り立ちを知る手がかりになるダークマターの研究を紹介しよう。
ダークマター!カッコイイ名前だね!……でもそれって何?
宇宙は138億年前にビッグバンによって生まれたんじゃが、ダークマターがたくさんある部分に物質が集まって銀河などができ、現在のような姿になったと言われておる。ダークマターは宇宙の成り立ちを知るカギなんじゃよ。
そうなんだ。じゃあダークマターはどんな形をしているの?
実は、おおざっぱに言うと「目には見えないけれど存在している物質」なんじゃ。
目には見えないけれど存在している……?それってどういうこと?
もう少し詳しく説明しよう。最新の観測データによると、私たちの体や水、食べ物、地球とか太陽などといった「目に見える物質」は宇宙を構成する成分のわずか5%にも満たないんじゃよ。
たったそれだけ!?じゃあ残りは?
宇宙のほとんどは見えないもので構成されているんじゃ。そのうちの目に見えない物質をダークマター、ビッグバン以来どんどん宇宙を膨張させている未知のチカラをダークエネルギーと呼んでいるんじゃ。正体不明のものが存在する、という証拠が見つかっているんじゃな。

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最新の観測結果(WMAP 9-YEAR)の解析に基づく宇宙のエネルギー成分がNASAから発表されています。
http://map.gsfc.nasa.gov/news/index.html  NASAのページ(英語)

スパコンで宇宙のなぞにせまる

京を使ってどんな計算をしたの?
宇宙のしくみをボクの中に再現して、計算上のダークマター粒子2兆個が宇宙の誕生直後から200万年後、1億年後にどう進化していくのか、シミュレーションしたんだよ。
その計算は大変なの?
計算する量が膨大なので、とても大変なんだ。ダークマターの粒一つひとつが重力によってどのように引き合い、集まっていくのかを計算するよ。それぞれの粒に自分以外の粒、(2兆−1)=1兆9999億9999万9999個 のチカラが働くから、それらを全部計算するんだよ。
でも京は計算が速いから問題ないのよね?

スパコンを使いこなす!

kenkyusha
いくらスパコンの計算速度が速くても、計算方法にムダが多かったら、答えがでるまでに結局時間がかかってしまう。より多くの計算を、より速く実行するために、ムダの少ない計算方法を考え出し、スパコンの性能をフルに引き出すことが重要だ。
ボクの計算の速さに加えて、このダークマターのシミュレーションでは研究者チームがとても効率の良い計算方法を見つけて、それを実行するための仕組み(アプリケーション)を開発したのでうまくいったんだ。この研究者チームは、スパコン界のノーベル賞と言われるゴードン・ベル賞を受賞したよ。スパコンをどれだけうまく使いこなせるかが評価のポイントなんだ。

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<宇宙初期のダークマターの空間分布>
出所: 2012年11月9日 プレスリリース(筑波大学計算科学研究センター)
http://www.ccs.tsukuba.ac.jp/gordonbell121116
※ダークマターの粒子が、時間とともに、だんだん集まり始める様子。白い部分はダークマターの密度が高い部分。

研究者の人たち、すごいね!はやく宇宙のなぞがとけて、ダークマターの正体や宇宙の進化がわかるといいな!

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実際の宇宙で観測された銀河の分布。このように銀河が網の目のように連なる構造を「宇宙の大規模構造」と呼んでいる
Mitaka: Copyright©2005 加藤恒彦, ARC and SDSS, 4D2U Project, NAOJ