天文學家進行有史以來最大的宇宙計算機模擬

2025-12-06 16:49:01 分類：知識 閱讀(5826)

背景圖像通過最大的FLAMINGO模擬顯示了當今物質在切片中的分布，該模擬的進行一側為2.8 Gpc（91億光年）的立方體積。背景圖像的有史海口高端美女上門外圍上門外圍女（微信199-7144=9724）提供全球及一二線城市兼職美女上門外圍上門外圍女亮度給出了暗物質的當前分布，而顏色編碼了中微子的最大宙計分布。插圖顯示了以最大質量星系團為中心的算機連續三次放大；按順序，這些顯示了氣體溫度、模擬暗物質密度和虛擬X射線觀測（來自Schaye等人2023）。天文來源：uux.cn/Josh Borrow，進行FLAMINGO團隊和Virgo財團。有史許可CC-BY-4.0
（神秘的最大宙計海口高端美女上門外圍上門外圍女（微信199-7144=9724）提供全球及一二線城市兼職美女上門外圍上門外圍女地球uux.cn）據皇家天文學會：一個由天文學家組成的國際團隊進行了據信是有史以來最大的宇宙計算機模擬，不僅跟蹤暗物質，算機還跟蹤普通物質(如行星、模擬恒星和星系)，天文讓我們得以一窺我們的進行宇宙可能是如何演變的。
FLAMINGO模擬根據物理定律計算宇宙所有組成部分的有史演化——普通物質、暗物質和暗能量。隨著模擬的進行，虛擬星系和星系團出現了。三篇論文已經發表在《皇家天文學會月報》上:一篇描述方法，另一篇展示模擬，第三篇檢驗模擬如何再現宇宙的大尺度結構。
歐洲航天局(ESA)和美國宇航局(NASA)的JWST最近發射的歐幾里德太空望遠鏡等設施收集了大量關于星系、類星體和恒星的數據。FLAMINGO之類的模擬通過將我們宇宙理論的預測與觀察到的數據聯系起來，在數據的科學解釋中發揮了關鍵作用。
根據該理論，我們整個宇宙的屬性是由幾個稱為“宇宙參數”的數字設定的(在該理論的最簡單版本中有六個)。這些參數的值可以用各種方法非常精確地測量。
其中一種方法依賴于宇宙微波背景(CMB)的特性，這是早期宇宙遺留下來的一種微弱的背景輝光。然而，這些值與其他技術測量的值不匹配，這些技術依賴于星系引力彎曲光的方式(透鏡化)。這些“緊張”可能預示著宇宙學標準模型——冷暗物質模型——的終結。
計算機模擬也許能夠揭示這些緊張的原因，因為它們可以告知科學家測量中可能的偏差(系統誤差)。如果這些都不足以解釋這種緊張，那么這個理論就真的有麻煩了。
到目前為止，用于與觀測結果進行比較的計算機模擬只追蹤冷暗物質。“雖然暗物質主導了引力，但普通物質的貢獻不能再被忽略，”研究負責人Joop Schaye(萊頓大學)說，“因為這種貢獻可能類似于模型和觀測之間的偏差。”
第一批結果表明，中微子和普通物質對于做出準確的預測都是必不可少的，但并沒有消除不同宇宙學觀測之間的緊張關系。
追蹤普通重子物質(也稱為重子物質)的模擬更具挑戰性，需要更多的計算能力。這是因為普通物質——僅占宇宙中所有物質的16%——不僅感受到重力，還感受到氣體壓力，這可能導致物質被活躍的黑洞和超新星吹出星系，進入星系間空間。
這些星系際風的強度取決于星際介質中的爆炸，很難預測。除此之外，中微子的貢獻也很重要，這種亞原子粒子非常小，但質量未知，但迄今為止它們的運動還沒有被模擬出來。
天文學家已經完成了一系列計算機模擬，追蹤暗物質、普通物質和中微子的結構形成。萊頓大學的博士生Roi Kugel解釋說:“通過將大量不同的相對較小體積的模擬預測與觀察到的星系質量和星系團中的氣體分布進行比較，使用機器學習校準了銀河風的影響。”
研究人員用一臺超級計算機在不同的宇宙體積和不同的分辨率下模擬了最能描述校準觀測的模型。此外，他們改變了模型的參數，包括銀河風的強度，中微子的質量，以及在略小但仍很大的體積模擬中的宇宙學參數。
最大的模擬在一個邊長為100億光年的立方體體積中使用了3000億個分辨率元素(具有小星系質量的粒子)。這被認為是有史以來用普通物質完成的最大的宇宙計算機模擬。萊頓大學的Matthieu Schaller說:“為了使這種模擬成為可能，我們開發了一種新代碼SWIFT，它可以有效地將計算工作分配到3萬個CPU上。”
FLAMINGO模擬打開了一個新的關于宇宙的虛擬窗口，這將有助于充分利用宇宙學觀測。此外，大量(虛擬)數據為新的理論發現和測試新的數據分析技術(包括機器學習)創造了機會。
使用機器學習，天文學家可以預測隨機的虛擬宇宙。通過將這些與大尺度結構觀測進行比較，他們可以測量宇宙學參數的值。此外，他們可以通過與約束銀河風效應的觀測結果進行比較來測量相應的不確定性。