23日，中國科學(xué)家領(lǐng)銜的國際科研團(tuán)隊(duì)正式發(fā)布超大規(guī)模宇宙學(xué)模擬項(xiàng)目“千衍”的首批研究成果。這一迄今規(guī)模最大的虛擬宇宙，由超級計(jì)算機(jī)構(gòu)建，邊長達(dá)到約120億光年，追蹤了約4.2萬億個暗物質(zhì)粒子的運(yùn)動軌跡，首次以超高精度描繪出宇宙百億年來的結(jié)構(gòu)演化全景，被學(xué)界譽(yù)為探索暗物質(zhì)與暗能量奧秘的“數(shù)字導(dǎo)引圖”。

“千衍”模擬從宇宙大爆炸后不久啟動，通過計(jì)算物質(zhì)之間的引力作用，一步步還原出暗物質(zhì)如何聚集成暗暈以及龐大的宇宙纖維狀網(wǎng)絡(luò)。

“模擬不僅記錄下100多個宇宙演化階段的快照，還能借助星系形成模型生成虛擬星系的光度、顏色甚至模擬的觀測圖像?！敝袊茖W(xué)院國家天文臺研究員王喬說，“這意味著，科學(xué)家可以將虛擬宇宙的‘樣貌’直接與大型望遠(yuǎn)鏡拍攝的真實(shí)天區(qū)照片進(jìn)行對比，從而檢驗(yàn)現(xiàn)有宇宙學(xué)理論的可靠性?！?/p>

作為連接理論與觀測的關(guān)鍵橋梁，“千衍”將為一系列重大科學(xué)問題的研究提供重要支撐。王喬表示，模擬數(shù)據(jù)將直接服務(wù)于中國空間站巡天望遠(yuǎn)鏡、歐洲空間局歐幾里得空間望遠(yuǎn)鏡等國際大型巡天項(xiàng)目，幫助天文學(xué)家從海量觀測信號中準(zhǔn)確識別暗物質(zhì)、暗能量對宇宙結(jié)構(gòu)形成的影響。

國際同行對這項(xiàng)成果給予高度評價。美國德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校麥克·博伊蘭-科爾欽教授稱，“千衍”是一項(xiàng)計(jì)算奇跡，認(rèn)為其在模擬體積與質(zhì)量分辨率的覆蓋范圍上前所未有，是星系形成和宇宙學(xué)研究領(lǐng)域的標(biāo)志性成果。德國馬普天體物理研究所所長沃爾克·斯普林格爾教授則表示，該模擬“重新定義了數(shù)值宇宙學(xué)所能達(dá)到的水平”，強(qiáng)大的統(tǒng)計(jì)效能使科學(xué)家能夠?qū)?biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型展開新的高精度檢驗(yàn)。

在具體科學(xué)驗(yàn)證方面，研究團(tuán)隊(duì)以距離地球約40億光年的復(fù)雜并合星系團(tuán)“阿貝爾2744”為例進(jìn)行了比對。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，即使該星系團(tuán)內(nèi)部動力學(xué)狀態(tài)活躍、所在環(huán)境極端復(fù)雜，“千衍”基于標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的模擬預(yù)測仍與詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡的實(shí)際觀測高度吻合。相關(guān)研究論文已于近日在國際期刊《皇家天文學(xué)會月刊》上正式發(fā)表。