客观日本

千叶大学等利用超算再现大规模精密“模拟宇宙”,有助于阐明天体的形成过程

2021年10月18日 海洋宇宙

日本千叶大学等利用超级计算机,成功地以数据方式大规模和高精度地模拟再现了巨大的宇宙太空。通过采用约2.1万亿个粒子(全球最大规模)表现宇宙中广泛分布的神秘物质“暗物质”,提高了模拟的分辨率。模拟数据已广泛公开,有助于阐明宇宙和银河的形成过程。

研究团队此次利用了日本国立天文台于2018年投入使用的超级计算机“Aterui 2”。相关数据从2020年开始已在网上公开,目前至少有10个左右的研究团队正在利用。

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利用的超级计算机“Aterui 2”(图片由日本国立天文台提供)

据说暗物质约占宇宙中存在物质的80%。研究认为,宇宙诞生后,受重力的影响,暗物质大量聚集的场所形成了天体和银河。

千叶大学的石山智明副教授等人组成的研究团队实施了仿真实验,利用大量粒子表示暗物质并计算了重力的影响,从而再现了宇宙结构。

模拟再现的宇宙被命名为“Uchuu”(日语中“宇宙”的读音),单侧长度达96亿光年。可以再现至尺寸约为普通银河1万~1千分之1的小型暗黑“矮银河”。此前也有表示暗物质的粒子数量的同等模拟数据,但如何兼顾空间大小和精确性一直是有待解决的课题。

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用2万多亿个粒子表示占据宇宙约80%的“暗物质”(图片由千叶大学石山副教授提供)

如果要阐明宇宙及构成宇宙的银河和天体的结构及形成过程,除了使用望远镜等进行直接观测外,通过模拟进行理论研究是必不可少的。千叶大学石山副教授介绍说,“很难持续追踪观测一个天体的演化,而通过模拟则可以追踪演化的过程”。

此次再现的宇宙模拟数据与德国马克斯·普朗克研究所从大约15年前开始广泛使用的数据相比,此次的天体数量约为后者的100倍,精度约为后者的10倍,有助于开展更广泛的宇宙理论研究。

模拟的数据量高达3PB(1PB为1000万亿Byte),但专门针对暗物质信息的基础数据被压缩为约100TB(1TB为1万亿Byte)公开。用户可以提取自己所需的信息。如果是分割的数据,可以从数GB(1GB为10亿Byte)的数据中下载。

今后打算结合位于美国夏威夷的“昴星团望远镜”的观测结果,创建更详细的宇宙数据。

美国宇航局(NASA)计划2021年内发射名为“詹姆斯·韦伯”的新型太空望远镜。为了揭开宇宙的奥秘,科学家们正在努力提高观测和计算水平。

日文:松添亮甫、《日经产业新闻》,2021/10/04
中文:JST客观日本编辑部