最近一项新的研究非常引人注目——一个国际研究团队创造了一个非凡的虚拟宇宙世界。这是迄今为止规模最大、精度最高的针对宇宙的虚拟仿真研究。该团队使用超级计算机模拟再现了宇宙从大爆炸到今天的整个演化过程。
模拟我们自己的宇宙
在过去的20年里，科学家已经开发出不少关于了宇宙学的“标准模型”，即所谓的冷暗物质模型（CDM）。这个模型被用来利用大量观测到的天文数据解释宇宙现实现象——从大爆炸遗留热量的性质到我们今天观察到的周围星系的数量，以及它们的空间分布。
在模拟一个虚拟的冷暗物质宇宙时，大多数宇宙学家都会追踪星际空间中的一片“典型”或任意的空间区域，类似于所谓的可观测宇宙——但这只是在统计意义上的概念。
可观测宇宙模拟全图
而本项新研究与以往所进行的宇宙模拟是不同的：通过开发先进的算法，使用包含天文学家几十年来观察到的我们自己星系附近的现有结构数据，重现我们宇宙中现有特定的区域。
这意味着，邻近宇宙空间中的著名结构，如室女座、英仙座星团、局部空洞等——都会在产生的虚拟宇宙模型中被精确的复制和模拟。
模拟的中心是银河系和附近的仙女座星系（也称为M31）（图片来源：Stuart McAlpine博士）
计算机软件及硬件
莱顿物理研究所（荷兰）开发的模拟软件是支持这项研究工作的技术关键。该团队将这一模拟软件部署在一台巨型超级计算机上，耗时一个多月，得以将我们生存的宇宙的“虚拟副本”在现实中呈现。
通过数值模拟的方式重现宇宙空间，其最大的难度和挑战在于，对独特的宇宙空间几何结构和特性的模拟，再加上其原始尺寸的重现，这些都使得精准的模拟宇宙成为一个非常大的挑战，只有凭借本研究模拟团队多年的经验才能实现，这些都是建立在过去的努力基础上的。莱顿物理研究所在这方面积累了非常丰富的研究经验，它最近刚刚获得了英国皇家天文学会颁发的该领域团体科研奖。
虚拟宇宙和真实宇宙的比较
该研究将虚拟宇宙与现实世界中的一系列观测结果进行了详细的比较和分析，为已知宇宙空间结构的虚拟模型和对应现实空间的真实观测结果进行了正确的位置和属性的对比。
宇宙模型
通过对虚拟宇宙模型的观察和分析，可以得到一个直接的发现，我们生存空间附近的宇宙可能会有些不寻常——通过模拟预测可以看出，由于局部大规模物质“密度不足”，我们附近的星系平均数量相对来说是较低的。
虽然这项研究的团队认为，这种低密度的水平不会对宇宙学的标准模型构成威胁，但它可能会对天文学家如何解释观测到的星系数据产生影响。
团队成员莱顿天文台Matthieu Schaller博士表示，本研究是寻找方法来测试目前已建立的宇宙演化模型的一个里程碑。这些模拟表明，冷暗物质的标准模型能够产生我们在环境中看到的几乎所有星系，本研究的模拟是对该模型的关键测试。
真实宇宙——图片来源：NASA
未来研究
下一步研究中，该团队计划通过所建立的宇宙模型，更详细地研究已知宇宙空间结构是如何形成和演化的，并对宇宙学的标准模型进行更严格的测试。如果一切顺利，未来的模拟结果可能会回答有关我们在宇宙中的位置及其近期演化过程等这些重要问题。
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