中新網(wǎng)北京4月23日電 (記者 孫自法)中國超大規(guī)模宇宙學(xué)N體模擬項目“千衍”(HyperMillennium)的首批研究成果，4月23日在北京發(fā)布，該模擬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，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，這也是世界上迄今最大規(guī)模的宇宙模擬項目。

　　探索宇宙的高精度數(shù)字導(dǎo)引圖譜

　　中國科學(xué)院國家天文臺當(dāng)天舉行宇宙學(xué)模擬項目科學(xué)研討會，“千衍”項目團隊表示，首批研究成果由中國科學(xué)家領(lǐng)銜的國際團隊完成，“千衍”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，通過N體模擬技術(shù)，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(dǎo)引圖譜。

　　借助星系形成半解析模型，“千衍”模擬還可生成星系星族、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，將為研究暗物質(zhì)、暗能量等基礎(chǔ)宇宙學(xué)問題提供重要支撐，深化對星系演化規(guī)律的認(rèn)知。同時，模擬數(shù)據(jù)也將為中國空間站巡天望遠鏡、歐洲空間局歐幾里得空間望遠鏡等大型巡天項目提供重要的科學(xué)支撐。

　　首批數(shù)據(jù)計劃后續(xù)向全球發(fā)布

　　宇宙學(xué)數(shù)值模擬是國際超級計算機平臺上的核心科學(xué)應(yīng)用之一，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(xué)與高性能計算交叉領(lǐng)域的重要研究方向。

　　“千衍”模擬使用了由中國科學(xué)院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)，項目團隊成功實現(xiàn)在上萬張加速卡上進行長時間高效穩(wěn)定計算的能力，這也表明中國在宇宙學(xué)與高性能計算交叉融合方面取得重要突破。

　　宇宙模擬項目命名“千衍”，體現(xiàn)出東西方文化的融合，“千”取自該項目英文名中的“Millennium”(西方的“千禧年”之意)，“衍”源自中國古典《易經(jīng)》中“推衍、衍生、變化”的東方智慧?！扒а堋蹦M依托中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心“東方”超級計算機完成，首批數(shù)據(jù)計劃后續(xù)通過國家天文科學(xué)數(shù)據(jù)中心向全球發(fā)布。

　　檢驗研究極端稀有天體的能力

　　“千衍”模擬項目首篇學(xué)術(shù)論文近日已在國際學(xué)術(shù)期刊《皇家天文學(xué)會月刊》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。

　　論文共同第一作者和共同通訊作者、中國科學(xué)院國家天文臺王喬研究員介紹說，距離地球約40億光年的阿貝爾2744由多個星系團碰撞并合而成，結(jié)構(gòu)極端復(fù)雜，是檢驗宇宙學(xué)模型的重要樣本。研究團隊從模擬中篩選出與阿貝爾2744相似的類比體，并生成類詹姆斯·韋伯望遠鏡(JWST)觀測圖像和引力透鏡質(zhì)量分布圖。

　　基于像素統(tǒng)計的比較顯示，在考慮觀測選區(qū)偏差后，模擬類比體與JWST觀測結(jié)果在星系數(shù)密度、光度密度和投影質(zhì)量密度分布上高度一致。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，標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型仍能給出與觀測相符的描述。

　　重新定義當(dāng)今數(shù)值宇宙學(xué)水平

　　對于中國“千衍”發(fā)布的宇宙模擬成果，國際天文同行給予高度評價。

　　美國得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校邁克爾·博伊蘭-科爾欽(Mike Boylan-Kolchin)教授表示，“千衍”模擬是一項計算奇跡，將幫助天文學(xué)家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，使天文學(xué)家能夠詳細(xì)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(xué)研究領(lǐng)域的重要標(biāo)志性成果。

　　在德國馬普天體物理研究所所長沃爾克·斯普林格爾(Volker Springel)教授看來，“千衍”模擬重新定義了當(dāng)今數(shù)值宇宙學(xué)所能達到的水平。該團隊成功實現(xiàn)這一超大規(guī)模、高精度的模擬，其強大的統(tǒng)計效能，使天文學(xué)界能夠?qū)τ钪鎸W(xué)模型開展新的高精度檢驗，這對宇宙學(xué)研究而言非常重要。(完)