The  Jubilee  Simula-on  

William  Watson  

21/06/2012  

21/06/2012  

The  JUropa  huBbLE  volumE  (JUBILEE)  Project  

1  

  Collabora-on:  Ilian  Iliev  (Sussex),  Gustavo  Yepes  (UAM),  Alexander  Knebe  (UAM),  Stefan  GoJloeber  (AIP),  Jose  Maria  Diego  (UniCan),  E.  MarNnez  González  (IFCA)  

  Simula-on  run  late  2011,  taking  ~1.5  million  compu-ng  hours,  on  Juropa  at  the  Jülich  Supercompu-ng  Centre  (JSC),  Germany.  Using  8000  cores.  

  6  Gpc/h  box  size,  60003  par-cles  (216  Billion),  Par-cle  Mass:  7.49x1010  /h    Msun,  resolu-on  down  to  the  smoothing  length  of  50kpc/h  

  30  output  slices  stored  of  par-cle  data  (halo  catalogues  stored  for  105  slices)  –  totaling  ~150  TB  of  data  

  WMAP  5  cosmology  (ΩM=  0.27;    ΩΛ=  0.73;  h  =  0.7;  σ8  =0.8;    n=0.96;  Ωbaryon=  0.044)  

  Code  used  was  CubeP3M,  a  massively  parallel,  collisionless  dark  maJer  N-­‐body  code  

  jubilee.k.uam.es/simula-ons  

21/06/2012  

Jubilee  Science  Goals  

2  

  All-­‐sky  map  of  the  Integrated  Sachs-­‐Wolfe  effect  (or  ISW)  

  Catalogs  of  luminous  red  galaxies  (or  LRG),  radio  and  IR  galaxies  

  All  sky  maps  of  the  Sunyaev-­‐Zel’dovich  (or  SZ)  effect  

  All  sky  maps  of  lensing  effects  

21/06/2012   3  

6  Gpc/h  

21/06/2012   4  

21/06/2012   5  

3  Gpc/h  

21/06/2012   6  

21/06/2012   7  

1.5  Gpc/h  

21/06/2012   8  

21/06/2012   9  

500  Mpc/h  

21/06/2012  

The  Jubilee  Mass  Func-on  

10  

1013 1014 1015 1016

log10[MM!

]

100 1000 10000 105

Number of Particles

!6

!5

!4

!3

!2

!1

log 1

0[M

2

!0

dN

dM]

SOAHFFOF

PSST

21/06/2012  

SO  and  AHF  Residuals  z  =  0  

11  

!1

!0.6

!0.2

0.2

0.6

1ST-SO Tinker-SO

!1

!0.6

!0.2

0.2

0.6

1ST-AHF Tinker-AHF

Number of Particles

log10[MM!

]

Data!

Analytic

Analytic

102 103 104 105 102 103 104 105

1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016

21/06/2012  

FOF  Residuals  z  =  0  

12  

!1!0.8!0.6!0.4!0.2

00.20.40.60.81

ST Angulo Warren!1

!0.8!0.6!0.4!0.2

00.20.40.60.81

Jenkins Crocce Courtin

Number of Particles

log10[MM!

]

Data!

Analytic

Analytic

102 103 104 105 102 103 104 105 102 103 104 105

1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016

21/06/2012  

FOF  Residuals  z  =  0  

13  

!1!0.8!0.6!0.4!0.2

00.20.40.60.81

ST Angulo Warren!1

!0.8!0.6!0.4!0.2

00.20.40.60.81

Jenkins Crocce Courtin

Number of Particles

log10[MM!

]

Data!

Analytic

Analytic

102 103 104 105 102 103 104 105 102 103 104 105

1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016

21/06/2012  

Redshik  Evolu-on  

14  

1013 1014 1015 1016

log10[MM!

]

100 1000 10000 105

Number of Particles

!8

!7

!6

!5

!4

!3

!2

!1

0log 1

0[M

2

!0

dN

dM]

z = 0.0z = 0.5z = 1.0z = 2.0z = 3.0z = 4.0z = 5.0z = 6.0Tinker

21/06/2012  

Redshik  Evolu-on  

15  

!1

!0.8

!0.6

!0.4

!0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1!1

!0.8

!0.6

!0.4

!0.2

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1TinkerST

Data!

Analytic

Analytic

log10[MM!

]

Number of Particles

102 103 104 105 102 103 104 105 102 103 104 105 102 103 104 105

1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016

z = 5.0 z = 6.0z = 3.0 z = 4.0

z = 1.0 z = 2.0z = 0.0 z = 0.5

21/06/2012  

Cosmic  Variance  –  Mass  Func-on  

16  

!0.15

!0.1

!0.05

0

0.05

0.1

!0.15

!0.1

!0.05

0

0.05

0.1

0.15

Octan

t!FullBox

FullBox

log10[MM!

]

Number of Particles

102 103 104 105 102 103 104 105 102 103 104 105 102 103 104 105

1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016 1013 1014 1015 1016

z = 5.0 z = 6.0z = 3.0 z = 4.0

z = 1.0 z = 2.0z = 0.0 z = 0.5

21/06/2012  

Simula-ng  The  ISW  Effect  

17  

EdS  Universe  

T  (z  =  0)  T  (z  =  CMB)  

Φ  

21/06/2012  

Simula-ng  The  ISW  Effect  

18  

ΛCDM  Universe  

T  +  ΔT  (z  =  0)  

T  (z  =  CMB)  

Φ  

21/06/2012  

Simula-ng  The  ISW  Effect  

19  

ΛCDM  Universe  

T  +  ΔT  (z  =  0)  

T  (z  =  CMB)  

Φ  

21/06/2012  

When?  

20  

ϒ   Λ  

1100

Redshift

0

0.5

1!m

!!

!!

21/06/2012  

Where?  

21  

  Need  a  large  volume  to  observe  the  effect  as  it  occurs  most  strongly  for  large-­‐scale  perturba-on  modes  in  the  density  field  (100s  of  Mpcs)  

  For  Jubilee  we  need  to  resolve  down  to  the  scale  of  Luminous  Red  Galaxies  (LRGs)  (1013  M  halos)  to  cross  correlate  with  the  ISW  signal  

  Need  many  snapshots  to  ensure  integral  is  accurate  (Jubilee  has  30  between  z  =  0  and  6).  

Cai  et  al.  2010  

21/06/2012  

Poten-al  Calcula-on  

22  

  We  calculate  the  poten-al  from  the  density:  

-  Smooth  the  density  field  (CIC,  60003  grid)  -  Calculate  the  poten-al  from  the  density  using  Poisson’s  

equa-on:  

-  And  the  Mul-ple  Fourier  Transform  (MFT)  method  (Hockney  and  Eastwood)  

  From  the  poten-al  we  then  calculate  the  Temperature:  

21/06/2012   23  

6  Gpc/h  

21/06/2012   24  

21/06/2012   25  

3  Gpc/h  

21/06/2012   26  

21/06/2012   27  

1.5  Gpc/h  

21/06/2012   28  

21/06/2012   29  

500  Mpc/h  

21/06/2012   30  

21/06/2012   31  

21/06/2012   32  

Cai  et  al.  Maps  

21/06/2012   33  

Cross  Correla-on  With  LRGs  

Jubilee  halos  (z  =  0.4)  

21/06/2012   34  

Next  Steps  

  Complete  remaining  poten-als  from  par-cle  data  (half  done  –  each  par-cle  snapshot  is  5  Tb)    

  Produce  full  sky  maps  of  density  and  poten-al  fields  (not  vital  –  nice  to  have)  

  Convert  poten-al  into  ISW  Temperature  maps  

  Produce  full  sky  maps  of  LRGs  from  halo  catalogues  

  Cross  correlate  to  ISW  signal