(圖:Joachim Stadel, UZH)

瑞士蘇黎世大學的天體物理學家在一台大型超級電腦上,模擬了整個宇宙的形成。這是迄今為止人類模擬出的最大的虛擬宇宙,獲取的研究數據將用於調整 2020 年發射的歐幾里得(Euclid)衛星,研究暗物質和暗能量。

於過去三年,研究人員研發並優化了模擬宇宙的程式,充分利用超級電腦的可用記憶體和處理能力,高度準確地描述了宇宙中暗物質動態和大尺度結構的形成。在瑞士國家計算中心(Swiss National Computing Center,CSCS)的超級電腦上運行了 80 小時後,程式產生了 2 萬億(10e12)個代表暗物質流的宏觀粒子,從中產生了一份巨大的星系目錄,包含 250 億個虛擬星系。

研究暗宇宙的組成

經過精確計算,研究人員模擬了暗物質流在其自身引力下的演變,繼而模擬了低密度物質,即暗物質暈(dark matter halos)的形成。科學家認為,銀河系正是從暗物質暈中形成的。按照歐洲歐幾里得任務的要求,這項研究要在整個可觀測宇宙的範圍內,模擬體積僅為銀河系十分之一的星系。

測量光路扭曲

科學家相信,宇宙之中約 95% 的組成都是「黑暗的」(dark),這包括 23% 的暗物質和 72% 的暗能量。暗能量的本質是現代科學的一大未解之謎。暗物質和暗能量不可直接觀測,只能通過間接手段研究。正如光線通過一塊不均勻的玻璃板會發生扭曲一樣,遙遠星系的光途經暗物質時,也會發生偏向(deflection)。歐幾里得衛星可以捕捉到這些微小的扭曲,幫助科學家們研究暗物質和暗能量。

優化衛星的觀測方法

歐幾里得衛星將於 2020 年發射,執行為期 6 年的數據收集任務。它將對宇宙進行層析成像,追溯 100 億年以前的宇宙進化。虛擬宇宙所產生的星系目錄,將幫助改善衛星的觀察策略,減少各種誤差。通過分析歐幾里得衛星收集的數據,科學家們將對暗能量的本質有進一步了解,更有希望發現物理學新突破,如廣義相對論的改進,或新粒子的發現

 

參考資料:

  1. Potter, D., Stadel, S. & Teyssier, R. (2017). PKDGRAV3: beyond trillion particle cosmological simulations for the next era of galaxy surveys. Computational Astrophysics and Cosmology. doi:10.1186/s40668-017-0021-1
You May Also Like

中國科學家將人類基因植入猴子大腦,再度引發道德爭議

中國科學院日前成功將人類基因植入普通獼猴的大腦。研究結果顯示,接受基因改造的猴子在記憶力測驗上有較好…

科學家利用幹細胞及基因剪輯技術,突破哺乳動物同性生殖障礙

日前,中國科學院成功突破哺乳動物同性生殖障礙,使兩隻雌性小鼠產出健康的下一代;而兩隻雄性小鼠雖也能產…

這顆系外行星的環境是如此極端,以至於在其大氣中存在著汽化的岩石

一顆距離我們約 1360 光年的太陽系外行星是如此的接近它的恆星,以致於在雲當中包含著汽化的岩石。 …

女性在懷孕之前所受到的社會壓力會增加胎兒罹患疾病的機率

孕婦承受的壓力會影響到嬰兒罹患疾病的機率 加州大學的研究人員發現,懷孕媽媽過去所受的壓力會嚴重影響到…

金星上的磷化氫是否真的存在?科學家再次掃描卻一無所獲

我們對金星生物圈的推測存在不確定性 上個月一組科學家在金星的雲層中發現了磷化氫氣體,這一消息在科學界…

星際大戰若真的發生會跟電影演的一樣嗎?

美國成立太空部隊反制各國 隨著世界各國持續向宇宙發展,繼續地將太空軍事化,專家們開始設想如果真的發生…