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空前的宇宙模拟系统出炉

2019-11-26 环球解密

科学家利用1.6万个处理器,不间断运行了一年多,造出一个对宇宙138亿年历史进行模拟的系统,能看到星系在里面诞生、演化,看到超新星、黑洞能量喷发出的气流如何与星系形成回路,和真实宇宙中的情况基本一致。


大尺度的宇宙结构示意图。


一个国际合作组造出了这个迄今为止最细节的宇宙模拟系统TNG50,模拟了约2.3亿光年宽度范围宇宙的情况,包含数万个星系,追踪了200多亿个代表暗物质、气体、恒星、超级黑洞等的粒子。

研究者之一弗罗里达大学的物理学副教授托里(Paul Torrey)说:“TNG50本质上的新特性在于对各个星系巨大的质量和空间的高度模拟,能清晰地看到各个系统内部的结构、形成和演化过程。”

这个系统使用了位于德国的1.6万个Hazel Hen超级计算机处理器,不间断运行一年多才获得此结果。研究人员表示,如果使用单个处理器,需要耗费1.5万年。

研究者从模拟系统中,看到推理而来的宇宙诞生后湍急的气云如何生成星系的情况,看到星系诞生后,多数自然地就会形成扁平盘状,也会生出旋臂,与实际在宇宙中观测的结果一样。

随着星系持续发展变成越来越规整的扁平的转盘,科学家还看到了新的现象:星系中心的黑洞和超新星爆炸事件喷发高速气体的形态,犹如喷泉,从星系上方喷发的高度可达数千光年。而星系的引力最终又将这些气体喷流中的大部分物质吸回,分布在星系的外围地区,相当于形成一个气体回路系统。

从此模拟系统中了解到,这些回收的物质不仅用于生成新的恒星,还起到改变星系结构的作用。这些回收的气体推动着星系变成更扁、更薄的转盘。

这项成果发表在2019年12月的《皇家天文学会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。

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