规模最大、最详细的早期宇宙模拟系统创建

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美国哈佛-史密森天体物理中心的科学家创建了迄今规模最大、最详细的早期宇宙模拟系统——Lumina。该系统重现了宇宙诞生后最初20亿年间普通物质、暗物质与辐射的相互作用，为检验宇宙大爆炸后的演化理论提供了新工具。相关成果25日发表于《皇家天文学会月刊》。

Lumina是迄今规模最大的宇宙学辐射流体动力学模拟项目。这类模拟能够追踪气体、暗物质和光之间的相互作用，帮助科学家研究恒星、星系等宇宙结构的形成与演化。通过将模拟结果与詹姆斯·韦布空间望远镜、南希·格雷斯·罗曼空间望远镜等设备的观测数据进行比较，科学家可以检验现有理论能否准确解释早期宇宙的演化，并从模拟与观测之间的差异中寻找新的发现。

与此前同类模拟系统相比，Lumina覆盖的空间体积扩大了100多倍。它还是首个能够模拟氦再电离过程，并让这一过程产生的影响即时反馈到不断演化的宇宙模型中的模拟项目。整个模拟覆盖的区域相当于一个边长约15亿光年的立方体，其规模与当今最先进望远镜能够观测的宇宙区域相当。

论文作者之一、美国得克萨斯大学达拉斯分校物理学助理教授亚伦·史密斯表示，这项模拟让科学家能够在如此广阔的宇宙空间内，追踪氢和氦的电离状态如何变化，同时分辨出推动这一变化的星系及其他发光天体。

构建Lumina需要强大的计算能力。研究团队调用了超过1.5万块图形处理器，依托美国橡树岭国家实验室的E级超级计算机“Frontier”完成模拟。研究团队表示，未来将利用Lumina研究气体如何在星系之间流动、大爆炸产生的辐射如何影响宇宙演化，以及大规模恒星形成区域如何随时间发展等问题。

【总编辑圈点】

有时候人类的能力真的令人惊叹。此次创建的模拟系统，相当于给宇宙诞生头20亿年时光拍了一份细节丰富的全景模拟片。同时，科研人员手握韦布等望远镜的真实观测数据，将剧本和实拍画面对照，就有可能发现现有理论的缺口。而且，模拟还能回答很多观测难以解答的问题：星系之间的气体怎么输送、补给，支撑一代代恒星诞生；大爆炸余留的辐射如何持续塑造宇宙环境……如今，对宇宙早期生命史，天文学家可以暂停、回看，拥有了更加丰富的研究素材。

（原标题为《依托E级超算强大算力 规模最大、最详细的早期宇宙模拟系统创建》）

来源：张佳欣/科技日报

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