科学家使用计算机模拟制作了迄今最大最精确的3D宇宙模拟图
据科技日报（张佳欣）：芬兰赫尔辛基大学领导的一个国际研究团队的科学家使用计算机模拟制作了迄今最大、最精确的3D宇宙模拟图，展示了自大爆炸以来宇宙的整个演化过程，它能帮助天文学家像探索地球一样探索宇宙。研究团队表示，该模拟与标准宇宙学模型非常吻合，从而增加了“冷暗物质”存在的证据。研究结果发表在近日的《皇家天文学会月刊》上。
这项模拟是迄今为止规模最大、最全面的受限空间模拟，覆盖了距离地球6亿光年的范围，包含超过1300亿个粒子，产生1PB的数据（相当于5000亿页的标准印刷文本）。其在英国杜伦大学计算宇宙学研究所的DIRAC宇宙学机器上运行，需要数千台计算机在几周内协同工作，并产生大量数据。
研究人员使用先进的生成算法，模拟再现特定的宇宙团块，从而能使模拟包含天文学家几十年来观察到的银河系附近的结构。这意味着局部宇宙中为人熟悉的结构，如处女座、彗星和英仙座星系团，甚至是本地空洞，都会在模拟中重现。模拟的中心是一对星系——银河系和其附近的大质量“邻居”仙女座星系的虚拟对应物。
研究发现，局部宇宙团块可能不太寻常，因为模拟预测的星系数量低于宇宙平均区域中发现的星系数量，这是由于局部大尺度的暗物质密度不足。
研究人员表示，这些模拟揭示了在宇宙存在的137亿年中，物理定律作用于暗物质和宇宙气体的结果。重现这些熟悉的结构，为标准的冷暗物质模型提供了支持。模拟还表明，标准的冷暗物质模型可产生我们在附近看到的所有星系。
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据cnBeta：科学家们已经制作了迄今为止最大和最精确的宇宙虚拟图。一个由赫尔辛基大学领导的国际研究小组（包括来自英国达勒姆大学的成员），使用超级计算机模拟重现了整个宇宙的演变，从大爆炸到现在。这些发现发表在《皇家天文学会月报》上。
该模拟被命名为SIBELIUS-DARK，是“本地宇宙之外的模拟”（SIBELIUS）项目的一部分，是迄今为止最大和最全面的“受限实现”模拟。研究小组将虚拟宇宙与一系列的观测调查进行了细致的比较，为熟悉的结构的虚拟类似物找到了正确的位置和属性。
研究发现，我们当地的宇宙碎片可能有些不寻常，因为模拟预测，由于当地大规模的物质“密度不足”，星系的数量平均较少。虽然这种密度不足的程度不被认为是对宇宙学标准模型的挑战，但它可能对我们如何解释观测到的星系调查信息产生影响。
该模拟涵盖了距离地球6亿光年的体积，由超过1300亿个模拟“粒子”表示，需要成千上万的计算机在几个星期内协同工作，并产生大量的数据。该模拟是在达勒姆大学计算宇宙学研究所运作的DiRAC COSmology MAchine（COSMA）上进行的。
该团队开发的这些“宇宙学模拟”使用了相关的物理学方程来描述暗物质和宇宙气体在整个宇宙寿命中是如何演变的。暗物质是一种假设的物质形式，被认为占了宇宙中所有物质的很大一部分。
首先，暗物质凝聚成小团块，称为光环，周围的气体被引力吸引到这些团块上，最终破碎成恒星，形成星系。随着时间的推移，光环逐渐变大，足以容纳像银河系这样的星系。
在过去的20年里，宇宙学家们开发了一个宇宙学的“标准模型”--“冷暗物质”模型--它可以解释大量的观察到的天文数据，从大爆炸留下的热量的特性，到我们今天观察到的周围星系的数量和空间分布。
在模拟一个虚拟的冷暗物质宇宙时，大多数宇宙学家都遵循一个“典型”，或随机的斑块，一个与我们自己观察到的宇宙相似的斑块，然而只是在统计意义上。
本研究中进行的模拟是不同的。通过使用先进的生成算法（为了对信号进行分类，数据是如何生成的模型），模拟的条件是重现我们特定的宇宙斑块，从而包含天文学家几十年来观察到的我们自己星系附近的当今结构。
这意味着我们本地宇宙中熟悉的结构，如室女座、后发座和英仙座星系团、"长城"和“Local Void”--我们的宇宙栖息地--都在模拟中再现。在模拟的中心也许是最重要的结构，一对星系，我们自己的银河系和我们附近的巨大邻居仙女座星系的虚拟对应物。
达勒姆大学计算宇宙学研究所的奥格登基础物理学教授Carlos Frenk说：“看到我们所知道的存在于我们周围的熟悉结构从计算机计算中出现，这令人无比兴奋。”
“模拟结果简单地揭示了在我们宇宙存在的137亿年中，物理定律作用于暗物质和宇宙气体的后果。”
“我们能够重现这些熟悉的结构，为标准的冷暗物质模型提供了令人印象深刻的支持，并告诉我们，我们在理解整个宇宙演变的正确轨道上。”
莱顿大学的Matthieu Schaller博士补充说：“这个项目确实是突破性的。这些模拟表明，标准的冷暗物质模型可以产生我们在附近看到的所有星系。这是对该模型通过的一个非常重要的测试。”
赫尔辛基大学博士后研究员、前杜伦大学博士生Stuart McAlpine博士说：“通过模拟我们所看到的宇宙，我们离了解我们宇宙的本质又近了一步。这个项目在几十年的理论和天文观测之间提供了一座重要的桥梁。”
国际研究小组将进一步分析所创建的模拟，希望为宇宙学的标准模型提供进一步严格的测试。
