详细的超级计算机模拟宇宙创造出与银河系非常相似的结构

近年来，使用越来越复杂的超级计算机进行了越来越详细的模拟，产生了越来越精确的结果。最近，由赫尔辛基大学领导的一个国际研究小组进行了迄今为止最精确的模拟。这些模拟被称为SIBELIUS-DARK，准确地预测了从大爆炸到今天我们这个宇宙角落的演变。

除了赫尔辛基大学之外，该团队还包括来自达勒姆大学计算宇宙学研究所（ICC）和河外天文学中心、莱顿大学洛伦茨理论物理研究所、巴黎天体物理研究所和斯德哥尔摩大学奥斯卡-克莱因中心的研究人员。该团队的成果发表在《皇家天文学会月刊》上。

SIBELIUS-DARK模拟的图片

这个模拟是作为"局部宇宙之外的模拟"（SIBELIUS）项目的一部分进行的第一项研究，使用DiRAC COSmology MAchine（COSMA）进行，这是一个由ICC运营的分布式计算机网络。该模拟涵盖了距离地球6亿光年的空间体积，并由超过1300亿个模拟"粒子"表示，这需要数千台计算机数周的时间来制作。

该团队使用已知的物理学来描述暗物质和宇宙气体在宇宙历史上是如何演变的。具体来说，他们试图确定我们今天观察到的情况是否与宇宙学的标准模型--冷暗物质（CDM）模型一致。在过去的几十年里，天体物理学家们用这个模型来解释宇宙微波背景（CMB）的特性和我们今天看到的星系的数量和空间分布。

之前的CDM模拟通常是对宇宙的随机斑块进行建模，与我们今天观察到的情况相似。通过使用先进的生成算法，这些模拟有条件地再现了我们特定的宇宙碎片。这使研究小组能够看到他们的模拟是否再现了天文学家几十年来观察到的银河系附近的当今结构。

在将他们创建的虚拟宇宙与一系列的观测调查进行细致的比较后，他们发现，模拟与室女座、后发座和英仙座星系团、"长城"和"局部虚空"等结构的位置和属性相匹配。最重要的是，在模拟的中心是天文学家们最重要和最熟悉的两个结构：银河系和邻近的仙女座星系的虚拟对应物。

在模拟的最中心是银河系（MW）和我们最近的大质量邻居，仙女座星系（M31）

正如共同作者卡洛斯-弗伦克教授（ICC基础物理学的奥格登教授）所解释的那样。

"看到我们所知道的存在于我们周围的熟悉的结构从计算机计算中出现，这令人无比兴奋。模拟结果简单地揭示了在我们宇宙存在的137亿年中，物理定律作用于暗物质和宇宙气体的后果。

"我们能够重现这些熟悉的结构，为标准的冷暗物质模型提供了令人印象深刻的支持，并告诉我们，我们在理解整个宇宙演变的正确轨道上。"

另一个有趣的发现是，由于大规模的"物质密度不足"，预测我们这块宇宙的星系平均较少。虽然这与CDM模型并不矛盾，但它可能会对天体物理学家解释观察到的星系调查产生影响。共同作者莱顿大学的马修-沙勒博士说。"这些模拟表明，标准的冷暗物质模型可以产生我们在附近看到的所有星系。这是对该模型通过的一个非常重要的测试。"

达勒姆大学前博士生、赫尔辛基大学现任博士后研究员斯图尔特-麦卡尔平博士补充说："通过模拟我们看到的宇宙，我们离了解我们宇宙的本质又近了一步。这个项目在几十年的理论和天文观测之间提供了一座重要的桥梁"。

展望未来，国际团队计划进一步分析该模拟，希望为CDM模型提供进一步严格的测试。