荷蘭萊頓大學科學家主導的國際團隊進行了迄今已知最大規(guī)模的宇宙學計算機模擬,不僅跟蹤暗物質,還跟蹤普通物質(如行星、恒星和星系等),從而管窺宇宙是如何進化的。相關3篇論文發(fā)表于最新一期英國《皇家天文學會月刊》。
名為FLAMINGO的模擬根據(jù)物理定律計算宇宙所有組成部分(普通物質、暗物質和暗能量)的演化。研究團隊指出,為使這種模擬成為可能,他們開發(fā)了一種新的代碼SWIFT,它可有效地將計算工作分配給3萬個中央處理單元。
宇宙學理論認為,宇宙的性質由幾個被稱為“宇宙學參數(shù)”的數(shù)字設定。其中最簡單的宇宙學理論囊括6個“宇宙學參數(shù)”,科學家可通過各種方式精確測量這些參數(shù)的值。
其中一種方法依賴宇宙微波背景輻射的特性,這是早期宇宙遺留下來的微弱余暉。但這種方法測得的宇宙學參數(shù)的值與其他依賴星系引力彎曲光線的方式(引力透鏡)測量的值不匹配。最新計算機模擬有望揭示造成這些值“緊張關系”的原因,它們可告知測量中可能存在的偏差(系統(tǒng)誤差)。
到目前為止,用于與觀測結果進行比較的計算機模擬只跟蹤暗物質。研究人員表示,盡管暗物質主導著引力,但普通物質的貢獻不能再被忽視。普通物質只占宇宙中所有物質的16%,但其不僅能感受到重力,還能感受到氣體壓力,這會導致活躍的黑洞和超新星將物質從星系內吹出,進入星際空間。在最新研究中,科學家使用機器學習方法校準了星系風的影響。
模擬結果表明,中微子和普通物質對于作出準確的預測至關重要,但并不能消弭不同測量技術所得數(shù)值之間的“緊張關系”。中微子也很有可能在這種不匹配中發(fā)揮重要作用。
研究團隊表示,通過將此類模擬與大規(guī)模結構觀測結果進行比較,可測量宇宙學參數(shù)的值,以更好地揭示宇宙學的秘密。
(記者劉霞)
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