CFA天文学家创造第一逼真的虚拟宇宙

时间：2021-09-21 11:58:01来源：

Illustris仿真中的仍然框架以今天现有的最具大量的Galaxy集群为中心。蓝紫色的细丝显示暗物质的位置，它引力吸引正常物质，并帮助星系和集群聚集在一起。红色，橙色和白色展示的泡沫，其中气体由超新星或射流从超大的黑洞向外喷射。

使用称为Illustris的计算机模拟，天文学家创建了第一个现实的虚拟宇宙，在大爆炸和追踪130亿年的宇宙演变之后开始了12万年。

剑桥，马萨诸塞州 - 转移，矩阵 - 天文学家更好地完成了你。他们使用称为“Illustris”的计算机模拟创建了第一逼真的虚拟宇宙。Illustris可以在一个前所未有的分辨率的一方面在350万光年中重新创建130亿多年的宇宙演变。

“到目前为止，没有单一的模拟能够同时在大型和小尺度上重现宇宙，”罗维克斯贝格（MIT / Harvard-Smithsonian Centr）表示，他们与几家机构的研究人员合作进行了工作，包括德国海德堡理论研究所。

这些结果正在在第8期杂志上报告。

以前通过缺乏计算能力和底层物理的复杂性阻碍了模拟宇宙的尝试。因此，这些计划的决议是有限的，或者被迫关注宇宙的一小部分。早期的模拟也遇到了星形形成，超新星爆炸和超迹象黑洞的复杂反馈。

Illustris采用精致的计算机程序来重建高保真的宇宙的演变。它包括使用120亿3-D“像素”或分辨率元素的正常物质和暗物质。

Illustris项目中的这段视频仅在两分钟内模拟了130亿多年的宇宙。它显示了一侧的空间3000万光年的特写视图，“相机”旋转以显示所有侧面。总仿真量比该区域大1,000倍。仿真特征具有多个层，包括暗物质，气体温度和大量的重元件。尽管在整个模拟过程中存在所有层，但是该视频一次仅显示一层。视频首先显示了暗物质的密度（蓝色） - 形成宇宙网骨干的神秘的东西，将星系和星系集群拿在一起。接下来，视频转移到气体温度的视图，具有表示最高温度的红色和白色。似乎是爆炸的实际上来自超现实的黑洞爆破喷射射流进入同时间空间，雕刻出巨大的气泡。该视图然后晶体显示混合到气体中的重量（紫色）的丰富，说明了垂死的星星如何用氧气和铁等化学品播种。最后，视频在逐渐转回暗物质，然后渐渐消失到与星系的当今宇宙的模拟视图。

该团队致力于开发Illustris计划的五年。实际计算需要3个月的“运行时间”，共使用8,000 CPU并行运行。如果他们使用了平均桌面计算机，则计算将超过2000多年才能完成。

电脑模拟在大爆炸后1200万年开始。当它到期日时，天文学家在模拟空间的立方体中计算了超过41,000个星系。重要的是，Illustris产生了像银河系和足球形的椭圆星系一样的螺旋星系的真实组合。它还重现了大规模的结构，如星系簇和宇宙网的气泡和空隙。在小规模上，它准确地重建了史式星系的化学物质。

由于光线以固定速度行驶，因此越远的天文学家来看，越远回到他们可以看到的。十亿光年的星系是十亿年前的银河。像哈勃这样的望远镜可以通过距离更远的距离给予早期宇宙的观点。然而，天文学家不能随着时间的推移使用哈勃遵循单个星系的演变。

“Illustris就像时间机器一样。我们可以及时前进。我们可以暂停模拟并缩放到一个星系或银河集群，以查看真正发生的内容，“CFA的共同作者害羞的基因说。