宇宙的形成过程:超级计算机给出首次模拟结果

从20世纪中期,科学家们就对宇宙的形成有了很好的认识,宇宙膨胀和宇宙微波背景的发现,使人更加确认宇宙大爆炸的存在,宇宙膨胀的加速也促使了黑洞理论的诞生。

长期以来,人类想要重现宇宙的形成过程,但是限于计算资源一直未能实现。然而,近期来自美国和德国的科学家完成了迄今为止最详细的大规模宇宙模拟实验,称之为TNG50。这次模拟将为研究人员提供大时空尺度下宇宙形成和演化的诸多细节。

宇宙的形成过程:超级计算机给出首次模拟结果
宇宙气体从黑洞和超新星扩散,白色暗物质聚合。来源:TNG

TNG50是IllustrisTNG项目最新的模拟实验,该项目致力于大规模宇宙星系的演化过程模拟。在过去,类似的模拟规模比较小,很难具有统计学上的意义,不能真正展现很多细节,而现在TNG50首次解决了这一问题。

本次模拟采用了德国斯图加特的Hazel Hen超级计算机,包含了一万六千颗核心,运行了一年多的时间,这是迄今为止资源密集型最长的模拟过程。模拟时间跨度两亿三千万光年,并包含了两千亿颗粒子,用以代表暗物质、星团、宇宙气体和黑洞等。

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参考:
Annalisa Pillepich, Dylan Nelson, Volker Springel, Rüdiger Pakmor, Paul Torrey, Rainer Weinberger, Mark Vogelsberger, Federico Marinacci, Shy Genel, Arjen van der Wel, Lars Hernquist, First results from the TNG50 simulation: the evolution of stellar and gaseous discs across cosmic time, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Volume 490, Issue 3, December 2019, Pages 3196–3233, https://doi.org/10.1093/mnras/stz2338

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