它看起來(lái)像螢火蟲(chóng)在黑暗中閃爍，慢慢地，越來(lái)越多，大塊大塊地點(diǎn)亮屏幕——這不是關(guān)于昆蟲(chóng)的視頻，而是對(duì)早期宇宙的模擬。大爆炸之后的一段時(shí)間，宇宙從一個(gè)完全黑暗的地方轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)光彩照人的環(huán)境。這段令人驚嘆的視頻是《皇家天文學(xué)會(huì)月刊》接收的3篇論文中描述的一系列宇宙模擬成果的一部分。

該模擬視頻由美國(guó)哈佛和史密森尼天體物理學(xué)中心、麻省理工學(xué)院和德國(guó)馬克斯·普朗克天體物理研究所共同創(chuàng)建。這一成果代表了在模擬第一個(gè)星系形成和再電離過(guò)程方面取得的巨大進(jìn)步，這一過(guò)程中，空間中的中性氫原子轉(zhuǎn)化為帶正電，使光在整個(gè)宇宙中傳播。

被稱為再電離時(shí)代的模擬時(shí)期發(fā)生在大約130億年前，難以模擬重建的原因是，它涉及極其復(fù)雜、混亂的相互作用，包括重力、氣體和輻射或光之間的相互作用。大多數(shù)天文學(xué)家做實(shí)驗(yàn)的唯一方法是在計(jì)算機(jī)上。研究人員利用基本的物理方程和控制理論模型來(lái)模擬早期宇宙中發(fā)生的事情。

研究團(tuán)隊(duì)此次模擬任務(wù)以伊特魯里亞黎明女神Thesan命名，分析了早期宇宙中的相互作用，其內(nèi)容是迄今最詳細(xì)的，涵蓋體積也最大，為早期星系的特性以及來(lái)自這些星系的光如何影響氣體提供了前所未有的細(xì)節(jié)信息。

該團(tuán)隊(duì)將真實(shí)的星系形成模型與跟蹤光與氣體相互作用的新算法以及宇宙塵埃模型相結(jié)合，進(jìn)行了對(duì)早期宇宙的模擬。借助Thesan，他們可模擬跨越3億光年的宇宙的一部分。運(yùn)行該模擬程序，能及時(shí)跟蹤和可視化該空間內(nèi)數(shù)十萬(wàn)個(gè)星系的首次出現(xiàn)和演化，從大爆炸后約40萬(wàn)年開(kāi)始，直至最初的十億年。

這些模擬是使用世界上最大的超級(jí)計(jì)算機(jī)之一的SuperMUC-NG耗時(shí)3000萬(wàn)CPU小時(shí)創(chuàng)建的。在普通計(jì)算機(jī)上完成相同的模擬需要3500多年。

研究團(tuán)隊(duì)解釋說(shuō)，創(chuàng)建這些模擬是為詹姆斯·韋布太空望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)做準(zhǔn)備，而真實(shí)的望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)數(shù)據(jù)很快將與Thesan模擬進(jìn)行比較。(作者:張夢(mèng)然)

關(guān)鍵詞： 光彩照人 模擬重建 極其復(fù)雜 黑暗中閃爍