用来说明宇宙大尺度结构与星系形成的全球最大模拟宇宙出炉

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「宇宙」模拟的总数据为3PB(1 peta是10的15次方),但研究团队用高性能计算技术极大地压缩了这些数据,任何人都可以轻松使用,以互联网这种形式发表。 这是100TB左右的基础数据(1T是10的12次方),专门提供模拟宇宙中暗物质结构形成的资料。

日本天文学家使用日本国立天文台超级计算机的全部功能进行模拟,成功建立世界上最大的模拟宇宙。 这些模拟宇宙数据将以任何人都可以使用的形式发布,将有助于清楚解释宇宙的结构形成和天体形成的奥秘。

我们的宇宙具有层次结构,其中有由数千亿颗恒星组成的星系群,有数百个星系聚集的星系团,这些星系团构成宇宙的大尺度结构。暗物质是形成这个宇宙结构的关键。 暗物质是一种只有重力起作用的神秘物质,它约占这个宇宙质量的80%。 从138亿年前宇宙诞生到现在,人们认为这种暗物质受重力聚集,在大量暗物质聚集的地方形成恒星和星系,以及创造了现在宇宙的层次结构。

星系和星系中心的超大质量黑洞等天体是如何诞生在这样的结构中? 日本天文学家目前正试图通过日本国家天文台的昴宿星团望远镜观测来澄清它的诞生历史。 为了从观测结果中提取宇宙结构形成的历史数据,需要将它与基于物理理论创造的模拟宇宙进行比较。

要创造一个模拟宇宙,我们必须用电脑来模拟暗物质从宇宙诞生到现在的重力相互作用。 由于需要大量的计算资源,以往研究中使用的计算机能力无法达到与观测进行比较所需的空间大小和精度。

日本国立天文台于2018年开始运行的天文超级计算机Aterui II帮助解决了这个问题。 这是由日本千叶大学石山智明副教授和美国等九个国家的研究人员组成的国际研究小组的研究成果。 研究团队利用安装在超级计算机中的全部40,200个CPU内核,成功模拟了世界上规模最大的宇宙结构形成。 这个名为「宇宙」(Uchuu)的大规模模拟,用2.1兆个粒子代表暗物质,计算作用在它们上的重力,以详细描绘暗物质创造的模拟宇宙的结构。 「宇宙」一边的空间广度为96亿光年,其精度可以跟踪从矮星系到巨大星系团的八位数大质量天体的演化。

「宇宙」模拟的总数据为3PB(1 peta是10的15次方),但研究团队用高性能计算技术极大地压缩了这些数据,任何人都可以轻松使用,以互联网这种形式发表。 这是100TB左右的基础数据(1T是10的12次方),专门提供模拟宇宙中暗物质结构形成的资料。 这些数据将用于与昴宿星团望远镜等的大型天文巡天观测结果进行比较,将广泛用于帮助宇宙中大型结构演化和星系形成的研究和超大质量黑洞。

【图、文:节译自日本国立天文台2021年9月10日新闻公布】研究全文刊登在2021年6月22日出版的英国《皇家天文学会月报》 标题是:The Uchuu simulations: Data Release 1 and dark matter halo concentrations

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