“极光”超算完成两次规模最大宇宙学模拟
美国能源部阿贡国家实验室日前发布消息称,极光该机构科学家借助“极光”百亿亿次超级计算机,超算完成了迄今规模最大的完成两次宇宙学模拟。每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的两次演化过程。这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀,规模并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。宇宙
宇宙暴胀理论认为,学模极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的极光快速膨胀。这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度,超算留下微小的完成密度差异;随后,引力把这些差异不断放大,两次最终形成我们今天看到的规模星系、星系团和宇宙大尺度结构。宇宙然而,学模暴胀背后的极光具体物理机制仍未完全确定。通过研究物质在宇宙中的分布,有望找到更多线索,探索宇宙最早期的秘密。
暗物质无法被望远镜直接看见,却凭借引力主导星系形成,并塑造更大尺度的宇宙结构。在模拟中,暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”,团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。
标准宇宙暴胀模型预测,早期宇宙的密度涨落服从高斯分布,也就是最简单的一类随机模式。科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差,即“原始非高斯性”。一旦发现可测量的偏差,就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程,从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。
然而,这类信号极其微弱,还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积,统计不确定性难以完全消除。因此,探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。
而如此规模的模拟对算力要求极高。团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。模拟及大部分数据分析约4天完成,目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。
这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目,包括美国能源部支持的暗能量光谱仪(DESI)和NASA的SPHEREx任务,两者目前均处于数据采集阶段。模拟与前沿观测相互印证,将共同描绘出更为精细的宇宙图景,推动人类对宇宙起源与演化的探索。
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