近日,中國科學院國家天文台發布了超大規模宇宙學模擬項目「千衍」。這個模擬「宇宙」將邊長約120億光年的宇宙空間裝進計算機,使用約4.2萬億個暗物質粒子,高精度追蹤暗物質在宇宙演化中的聚集和結構形成過程。科學家為什麼要建一個模擬的「宇宙」?通過這份數字導引圖,我們能看到宇宙的哪些奧秘?
一場大爆炸,迎來了宇宙的初生,這是科學界關於宇宙起源的主流理論。中國科學院國家天文台副台長趙公博介紹,人類擁有各類天文望遠鏡用於宇宙觀測,但模擬構建虛擬宇宙的價值,在於高精度給出理論模型的預測,用於對比觀測數據,為探索宇宙奧秘提供關鍵支撐。
所謂數字虛擬宇宙,是指科研人員依託超級計算機的強大算力,模擬出的一個與真實宇宙十分相似的數字化的宇宙。
科學家們為這個超大的數字虛擬宇宙取名為「千衍」。它覆蓋了邊長約120億光年的宇宙空間,使用約4.2萬億個暗物質粒子。趙公博解釋,這個模擬宇宙能讓科學家「看到」真實宇宙中目前很難看到的東西。
論文第一作者、中國科學院國家天文台研究員王喬表示,「千衍」通過模擬技術,高精度追蹤暗物質在宇宙演化過程中的聚集與結構形成,最終輸出100個演化階段的模擬快照,完整還原了宇宙從早期到如今的「成長軌跡」。
目前,對極端稀有天體的模擬,也已經在「千衍」中成為現實。距離地球約40億光年的著名大質量併合星系團阿貝爾2744,由多個星系團碰撞併合而成,結構極為複雜,是檢驗宇宙學模型的重要樣本。
研究團隊從模擬中篩選出與阿貝爾2744相似的星系團,王喬表示,測試結果顯示,與詹姆斯·韋伯空間望遠鏡的實際觀測結果高度吻合充分驗證了「千衍」的超高數值模擬精度與精細化星系建模能力。
模擬宇宙演化過程,需要長時間、大規模動用超算資源,中國科學院「東方」超級計算機,成為支撐此次宇宙數值模擬的重要基礎。在這個超級計算平台的支持下,「千衍」還可能為我們帶來哪些新的認知呢?
「千衍」能夠實現超大規模、高精度的宇宙模擬,離不開國產技術的硬核支撐。中國科學院國家天文台團隊歷時數年攻關,自主開發了相關軟件,對國產自主超算平台完成深度優化,實現了超大規模、超長運行時間的高效穩定計算。在東方超算4096節點運行1.6萬張加速卡,歷時大約18天,模擬「宇宙」在計算機中顯現。
論文共同第一作者、北京師範大學天文學系教授郭琦指出,「千衍」在模擬體積和質量分辨率的覆蓋範圍上前所未有,使我們能夠詳細預測大量相對常見星系在宇宙網中的分布方式,也能研究那些本身罕見且富有研究價值、但在較小體積模擬中難以觸及的天體的性質。
王喬指出,未來,「千衍」將持續優化模擬精度、拓展模擬範圍,進一步助力暗物質、暗能量本質的研究,深化人類對宇宙演化規律的認知。同時,也將為中國空間站巡天望遠鏡、歐洲空間局歐幾裏得空間望遠鏡等大型巡天項目,提供重要的科學支撐。
(來源:央視新聞)

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