（來源：經(jīng)濟日報）

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近日，由中國科學家領(lǐng)銜的國際團隊對外發(fā)布了超大規(guī)模宇宙學N體模擬項目“千衍”的首批研究成果：從大爆炸之后的宇宙早期開始，通過計算宇宙中物質(zhì)的引力作用，“千衍”高精度模擬再現(xiàn)了百億年尺度上宇宙大尺度結(jié)構(gòu)的形成與演化過程。

中國科學院國家天文臺研究員高亮說，科學家們通過天文望遠鏡觀看到的宇宙是一個個短暫的瞬間，但這些瞬間拼湊起來是什么樣的，大家并不清楚。此次模擬在邊長約120億光年的宇宙空間尺度上，使用約4.2萬億個暗物質(zhì)粒子，高精度追蹤暗物質(zhì)在宇宙演化過程中的聚集和結(jié)構(gòu)形成，并輸出100個演化階段的模擬快照，為人類探索宇宙奧秘提供了一份高精度數(shù)字導引圖譜。

明明現(xiàn)實中就有真實宇宙，為何還要大費周章在計算機里模擬一個“宇宙”？中國科學院國家天文臺副臺長趙公博解釋，很多時候科學家觀測到了某些星際天體，但其背后隱藏著什么樣的物理規(guī)律，無從得知。如果這時我們把已知的物理規(guī)律告訴計算機，讓計算機根據(jù)這些規(guī)律去模擬天體的形成演化過程，生成一個虛擬宇宙。然后，再將模擬結(jié)果與真實觀測數(shù)據(jù)進行比對——如果兩者吻合，說明我們對物理規(guī)律的理解可能是正確的；如果出現(xiàn)偏差，就暗示背后還有未知的新物理規(guī)律等待發(fā)現(xiàn)，這樣我們可以更高效地探索真實宇宙的運行奧秘。

“我們正進入一個新時代：對巨大宇宙學體積的巡天觀測，有潛力徹底改變我們對暗能量、宇宙暴脹以及中微子性質(zhì)的理解?！泵绹驴怂_斯大學奧斯汀分?！ike Boylan-Kolchin 教授表示，要實現(xiàn)這一目標，我們需要與之匹配的先進理論工具?！扒а堋蹦M將幫助我們從宇宙觀測中揭示基礎(chǔ)物理規(guī)律。它在模擬體積和質(zhì)量分辨率的覆蓋范圍上前所未有，使我們能夠詳細預(yù)測大量相對常見星系在宇宙網(wǎng)中的分布方式，也能研究那些本身罕見且富有研究價值、但在較小體積模擬中難以觸及的天體的性質(zhì)。未來多年里，“千衍”模擬都將成為星系形成和宇宙學研究領(lǐng)域的重要標志性成果。

據(jù)介紹，借助星系形成半解析模型，“千衍”模擬可生成星系星族、光度、顏色、光譜能量分布以及虛擬觀測圖像等信息。通過將高精度虛擬宇宙與實際觀測進行比較，它將為研究暗物質(zhì)、暗能量等基礎(chǔ)宇宙學問題提供重要支撐，深化人類對星系演化規(guī)律的認知。同時，模擬數(shù)據(jù)也將為中國空間站巡天望遠鏡（CSST）、歐洲空間局歐幾里得空間望遠鏡（Euclid）等大型巡天項目提供重要的科學支撐。

據(jù)了解，宇宙學數(shù)值模擬是國際超級計算機平臺上的核心科學應(yīng)用，這類模擬往往需要長期占用大規(guī)模超算資源，其超大規(guī)模、超長運行時間所帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)也是宇宙學與高性能計算交叉領(lǐng)域的重要研究方向?！扒а堋蹦M使用了由國家天文臺團隊自主開發(fā)的軟件PhotoNs，該軟件面向國產(chǎn)自主超算平臺進行了深度優(yōu)化。經(jīng)過數(shù)年攻關(guān)，團隊成功實現(xiàn)了在上萬張加速卡上進行長時間高效穩(wěn)定計算的能力。

“千衍”模擬項目首篇學術(shù)論文近日已在國際學術(shù)期刊《皇家天文學會月刊》（MNRAS）正式發(fā)表。論文以著名大質(zhì)量并合星系團阿貝爾2744為研究對象，檢驗了“千衍”模擬研究極端稀有天體的能力。結(jié)果表明，即便在高度非線性、結(jié)構(gòu)極端復(fù)雜的星系團環(huán)境中，ΛCDM標準宇宙學模型仍能給出與觀測相符的描述。（經(jīng)濟日報記者 沈慧）