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物理学家刚刚在历史上创造了最详细的宇宙模拟

大规模的星系簇的中心是超热(红色),而亮结构显示在宇宙空隙和长丝之间的边界处的间隔介质冲击加热中的漫反射气。 
大规模的星系簇的中心是超热(红色),而亮结构显示在宇宙空隙和长丝之间的边界处的间隔介质冲击加热中的漫反射气。  (图片信用:TNG协作)

星系的形成是物质和能量之间的复杂舞蹈,发生在宇宙比例的阶段和数十亿年的阶段。我们如何观察到今天的结构化和动态星系的多样性来自火热的混乱 大爆炸 仍然是最困难的未解决的谜题之一 宇宙学 .

在寻找答案,一个国际科学家团队迄今为止创造了最详细的宇宙大规模模型,这是一个调用TNG50的模拟。他们的虚拟宇宙,大约230万光宽,含有数万种不断发展的星系,其中包括以前在单个星系模型中看到的细节水平。仿真跟踪了超过20亿粒子的代表 暗物质 ,气体,恒星和超大的黑洞,超过138亿期。 

前所未有的解决方案和规模允许研究人员收集到我们自己的宇宙的过去的关键洞察力,揭示各种奇怪形状的星系如何变形,以及恒星爆炸和黑洞如何引发这种银河系的进化。他们的结果在2019年12月期刊上发表在两个文章中刊登在2019年12月期刊中 皇家天文社会的每月通知

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TNG50是由此创建的最新仿真 Illustristng项目旨在通过在不牺牲单个星系的细节的情况下,在大爆炸以来,建立自大爆炸以来的宇宙如何发展的完整图片。

“这些模拟是巨大的数据集,我们可以通过解剖和理解其中内部的星系的形成和演变来学习吨,”佛罗里达大学和研究共同作者的合作副教授Paul Torrey Paul Torrey说。 “关于TNG50的根本新的是,你在星系中获得了足够大的质量和空间分辨率,可以清楚地了解系统的内部结构,因为它们形成的形式和发展。”

该模型对细节的关注有一些成本。仿真需要16,000个处理器榛子母线 超级计算机 在德国斯图加特,连续运行一年多。相同的计算将采用15,000年的单个处理器系统来计算。尽管是历史上最具计算沉重的天体物理模拟之一,但研究人员认为他们的投资已得到报酬。

“当你超出你的数量而不是你投入,”德国Max Planck Astrophysics博士学位的博士纳尔逊博士·纳尔逊博士纳尔逊, 在一份声明中说。 “在我们的模拟中,我们看到了未明确编程的现象。这些现象以自然时尚出现,来自我们模特宇宙的基本物理成分的复杂相互作用。”

暗物质结构(白色)合并的星系簇的暴力模拟诞生,而超大黑洞和超新星排出宇宙气体(气体运动以红色显示)。

暗物质结构(白色)合并的星系簇的暴力模拟诞生,而超大黑洞和超新星排出宇宙气体(气体运动以红色显示)。 (图片信用:TNG协作)

这种紧急现象对理解为什么我们的宇宙出现为今天的大爆炸后138亿年。 TNG50允许研究人员在宇宙诞生后不久,最初可能已经从出现的天然气的湍流云中出现了星际。他们发现我们的宇宙邻居共用的圆盘形星系自然地在其仿真内出现并产生内部结构,包括从其中央超级分类延伸的螺旋臂,凸起和棒 黑洞 。当他们将计算机生成的宇宙与现实生活观察进行比较时,他们发现他们的星系人口与现实有质量符合。

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由于他们的星系继续变平到良好的旋转磁盘上,另一个现象开始出现。 超新星 每个星系的心脏爆炸和超迹线孔产生高速流出的气体。这些流出的流出了成千上万光年的天然气喷泉。拔河最终将这种气体带回银河系的圆盘,将其重新分配到其外边缘并创建气体流出和流入的反馈回路。除了回收成分形成新恒星的成分外,还显示出流出的流出来改变银河系的结构。再生气体加速了星系的转化成薄的旋转盘。

尽管有这些初步调查结果,但团队远未完成解剖其模型。他们还计划在世界各地的天文学家公开释放所有模拟数据,以研究他们的虚拟宇宙。

“现在我们已经完成了巨大的道路,我们已经完成了这些模拟,”Torrey说。 “一团研究人员队伍正在努力更好地了解星系的详细性质,这些属性以及这种数据出现的紧急趋势。”

最初发表于 世界科学 . 

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