有史以来最大规模的宇宙模拟最终可以揭示我们是如何走到这一步的

我们是怎么走到这一步的?不只是我们人类,在一个淡蓝色的圆点上乱跑,绕着一颗恒星飞驰,绕着一个超大质量飞驰黑洞,在本地集群中飞驰。但是这个点是怎么来到这里的,还有恒星、黑洞和星团呢?

难以理解的巨大是如何做到的万事从数十亿年前难以想象的虚无到现在,这一切?

就是这样,真的,问题的问题。而且,在迄今为止最大的同类项目中,天文学家正试图通过对整个宇宙进行计算机模拟来寻找答案。

它们被称为火烈鸟模拟(全水力大规模结构模拟,全天空测绘,用于解释下一代观测),在英国 DiRAC 工厂的超级计算机.

这些模拟非常激烈。它们旨在计算宇宙中所有已知组成部分的演化。

这意味着正常物质:恒星;星系;所有我们可以触摸的东西(它可能会杀死我们,但我们可以);暗物质– 神秘的质量产生奇怪的额外重力;和暗能量–这神秘的力量加速宇宙的膨胀。

这些模拟中最大的有3000亿个粒子,其质量与小星系相同,在边缘为100亿光年的立方体积空间中。

“为了使这种模拟成为可能,我们开发了一种新代码 SWIFT,它可以有效地将计算工作分配给 30,000 个 CPU。天文学家Matthieu Schaller解释道莱顿大学。

最大模拟的切片,并插图放大其中的一些特征。(Josh Borrow、FLAMINGO 团队和 Virgo Consortium)

初步结果已发表在三篇论文中:第一篇描述方法,第二个演示模拟,第三个有结果描述大型结构在冷暗物质中的宇宙。

特别是,第三篇论文试图解决一种叫做sigma 8的问题,或者S8张力.这是基于对宇宙的测量,称为宇宙微波背景– 微弱的微波辐射,从纪元开始充满宇宙,就在大爆炸.对这束光的分析表明,宇宙现在应该有聚集在一起更多比它有。

由于这种紧张局势对冷暗物质模型在宇宙中,研究人员希望火烈鸟能提供一些答案。

到目前为止,他们还没有设法解决这种紧张关系——这对宇宙学来说将是一个巨大的消息——但他们在进行模拟方面有一些:正常物质和中微子对于准确预测是必要的。

“虽然暗物质主宰着引力,但普通物质的贡献已经不容忽视,”研究负责人和天文学家Joop Schaye说莱顿大学,“因为这种贡献可能类似于模型和观测之间的偏差。

包含正常物质的模拟更难运行。暗物质只知道与宇宙的引力相互作用;正常物质还与压力相互作用,例如辐射压力和银河风,这些都是不可预测的,难以建模。它需要更多的计算能力才能使其工作,因此我们将不得不等待更长的时间才能获得 S 上的答案8来自火烈鸟的张力。

然而,研究人员进行了一系列模拟,跟踪暗物质、正常物质和中微子的宇宙结构的形成,改变这三者的参数,看看这如何影响最终结果。

“银河系风的影响是使用机器学习,通过将许多相对较小的体积的不同模拟的预测与观测到的星系质量和星系团中气体的分布进行比较,“莱顿大学的天文学家Roi Kugel解释说。

该团队尚未向公众提供其FLAMINGO数据,因为它的大小为几PB。我们鼓励任何有兴趣的人提出礼貌的询问与通讯作者.

该研究已发表在英国皇家天文学会月刊.这三篇论文可以找到这里,这里这里.

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