利用欧几里得任务算法创建有史以来规模最大的宇宙模拟

运行欧洲航天局（ESA）欧几里得任务的团队发布了迄今为止最广泛的宇宙模拟。该建模基于苏黎世大学教授约阿希姆·施塔德尔开发的算法。

欧几里得团队发布了旗舰2号星系模拟——有史以来创建的最大的宇宙合成模拟。它包含34亿个星系，每个星系有400个模拟属性，如亮度、位置、速度和形状。该模拟旨在帮助科学家解释和分析欧几里得产生的大量数据集，欧几里得是欧洲航天局的太空望远镜，自2023年6月以来以前所未有的分辨率对宇宙进行观测。

该模拟基于苏黎世大学天体物理学家约阿希姆·施塔德尔开发的算法。计算于2019年在位于卢加诺的瑞士国家超级计算中心（CSCS）的超级计算机皮兹·丹特上进行。当时，皮兹·丹特是世界上第三强大的超级计算机，其总容量的80%以上都用于该项目。

“在一次计算中以这种分辨率模拟如此大一部分宇宙是一个巨大的挑战，”施塔德尔回忆道。

该计算追踪了四万亿个粒子的引力相互作用。在第二步中，这些结构中填充了位于欧几里得视野内的星系，生成了欧几里得实际将观测到的逼真蓝图。

准备自动化数据分析

“这些模拟对于准备分析欧几里得的数据至关重要，”苏黎世大学天体物理学系的朱利安·阿达梅克解释说，他与施塔德尔和奥雷尔·施耐德合作参与了该项目。欧几里得产生的数据量如此之大、速度如此之快，以至于必须首先自动处理。解释这些数据的方法必须提前开发——使用模拟。

旗舰2号星系模拟基于标准宇宙学模型，并纳入了当前关于宇宙组成和演化的知识。施塔德尔和阿达梅克预计欧几里得的观测将大致证实模拟中预测的物质分布。

标准模型的裂缝

与此同时，研究人员预计会有惊喜和意外发现。“我们已经看到标准模型出现裂缝的迹象，”施塔德尔说。欧几里得可能会揭示更多在当前理论框架内无法解释的现象。

“看看这个模型是否能经受住欧几里得的高精度数据的检验——或者我们是否会发现新的缺陷迹象，这将是令人兴奋的，”阿达梅克补充道。

该任务还旨在揭示暗能量的本质——驱动宇宙膨胀的神秘力量。“在模型中，暗能量只是一个常数，用于解释宇宙的膨胀，”施塔德尔说。

欧几里得的数据现在使天文学家能够回顾宇宙历史上100亿年前的情况。“我们可以看到当时宇宙是如何膨胀的，并测量这个常数是否真的保持不变，”阿达梅克指出。

虽然欧几里得可能还无法提供明确的答案，但施塔德尔深信：“欧几里得将使我们更接近理解暗能量的神秘领域。”

前所未有的分辨率

欧几里得是有史以来对宇宙进行的最全面的调查——不仅在规模上，而且在精度上。其高分辨率使研究人员能够检测到由引力透镜效应引起的星系图像中即使是微小的扭曲。这些由高质量密度区域弯曲光线产生的效应，揭示了不可见的暗物质在宇宙中的分布情况。

欧几里得的光谱测量还使科学家能够非常准确地确定星系的距离。这些技术共同创建了一个半径为100亿光年的宇宙球体上的星系三维地图。

罕见宇宙现象的一瞥

阿达梅克预计欧几里得还将发现罕见的宇宙现象。“有些事件极其罕见，但由于欧几里得覆盖的区域如此广阔，发现意外或罕见物体的机会很高。”

2025年3月，欧几里得发布了其第一批观测数据。这个“快速数据发布”仅代表该任务完整数据集的一小部分，但已经为宇宙网和星系团提供了新的见解。早些时候，相关研究也发表在《天文学与天体物理学》杂志上。计划在2026年春季发布更多数据集。