導(dǎo)讀自古以來，人類就有渴望了解宇宙的迫切愿望，在人類祖先探索宇宙的過程中，更是被重重謎團(tuán)困擾，宇宙的起源及其演化，更是謎中之謎。來自美國的天體物理學(xué)研究小組在一....

自古以來，人類就有渴望了解宇宙的迫切愿望，在人類祖先探索宇宙的過程中，更是被重重謎團(tuán)困擾，宇宙的起源及其演化，更是謎中之謎。

來自美國的天體物理學(xué)研究小組在一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)中創(chuàng)造了800萬個(gè)嬰兒宇宙，并讓它們從嬰兒時(shí)期慢慢進(jìn)化到老年。他們的目的是什么？模擬嬰兒宇宙能告訴我們宇宙的歷史嗎？這對(duì)我們的命運(yùn)意味著什么？

在20世紀(jì)60年代后期，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)我們的宇宙主要由暗物質(zhì)組成，并推測了暗物質(zhì)在星系形成中的作用，探索了它們隨著時(shí)間的推移產(chǎn)生新恒星的能力。根據(jù)大爆炸理論，宇宙誕生后不久，一種看不見的暗物質(zhì)開始聚集，然后在重力作用下變成被稱為“暗物質(zhì)暈”的巨大星云。光暈吸引了宇宙中稀疏的氫氣，最終聚集在一起，形成我們今天看到的恒星和星系。在這個(gè)理論中，暗物質(zhì)是星系的核心，決定著它們?nèi)绾坞S著時(shí)間的推移而形成、合并和進(jìn)化。

概況：為了更好地理解暗物質(zhì)是如何塑造宇宙的，亞利桑那大學(xué)天文學(xué)教授彼得·貝赫魯齊和他的團(tuán)隊(duì)使用學(xué)校的超級(jí)計(jì)算機(jī)創(chuàng)建了自己的宇宙。這臺(tái)計(jì)算機(jī)的2000個(gè)處理器連續(xù)三周不間斷地工作，模擬了800多萬個(gè)獨(dú)立的小宇宙。每個(gè)獨(dú)立的宇宙都遵循獨(dú)立的規(guī)則，這個(gè)系統(tǒng)可以幫助研究人員理解暗物質(zhì)和星系演化之間的關(guān)系。

貝赫魯齊說，在計(jì)算機(jī)上，我們可以創(chuàng)造許多不同獨(dú)立宇宙，并將它們與實(shí)際的宇宙進(jìn)行比較，這樣我們就可以推斷出哪些規(guī)則造就了我們現(xiàn)今的宇宙。該研究持續(xù)創(chuàng)造了數(shù)百萬個(gè)宇宙，每個(gè)宇宙包含1200萬個(gè)星系，每個(gè)宇宙可以在大爆炸后的4億年到今天的真實(shí)宇宙的整個(gè)歷史中進(jìn)化。

斯坦福大學(xué)物理和天體物理學(xué)教授村上里沙·韋克斯勒說，這項(xiàng)研究真的是很“酷”，我們可以利用所有星系演化的數(shù)據(jù)，包括星系的數(shù)量、有多少顆恒星以及它們是如何形成這些恒星，最終將將這些數(shù)據(jù)綜合起來，形成一幅宇宙過去130億年的演化圖譜。

計(jì)算能力難點(diǎn)：創(chuàng)造這個(gè)虛擬的宇宙空間，甚至僅僅是一個(gè)星系的模擬空間，所需要的計(jì)算能力超乎人們的想象。所以貝魯茲和他的同事們把焦點(diǎn)縮小到星系的兩個(gè)關(guān)鍵屬性上，一個(gè)是恒星組合質(zhì)量，另一個(gè)是它們產(chǎn)生新恒星的速度。貝魯茲解釋說，比如模擬一個(gè)星系需要10的48次方單位運(yùn)算，或者1后面有48個(gè)零。地球上所有的計(jì)算機(jī)加起來不可能在一百年內(nèi)做到這一點(diǎn)。因此，要模擬一個(gè)星系，更不用說1200萬個(gè)了，我們必須以不同的方式去做。

模擬過程：隨著計(jì)算機(jī)程序計(jì)算出來的新宇宙，它模擬一個(gè)星系的恒星形成速度、年齡、與其他星系的相互作用以及暗物質(zhì)的數(shù)量之間的關(guān)系。然后，它將每個(gè)宇宙與真實(shí)的觀測結(jié)果進(jìn)行比較，每次迭代都微調(diào)物理參數(shù)，以更好地匹配現(xiàn)實(shí)宇宙，最終結(jié)果是模擬一個(gè)與現(xiàn)今宇宙幾乎相同的宇宙。

研究意義：韋克斯勒說，他們的結(jié)果表明星系產(chǎn)生恒星的速度與其暗物質(zhì)暈的質(zhì)量密切相關(guān)。暗物質(zhì)暈的質(zhì)量與我們銀河系最相似的星系具有最高的恒星生成率。恒星的形成在更大的星系中被大量的黑洞所湮滅，他們的觀察結(jié)果挑戰(zhàn)了長期以來認(rèn)為暗物質(zhì)扼殺了早期宇宙恒星形成的觀點(diǎn)。

?展望：目前，該團(tuán)隊(duì)計(jì)劃擴(kuò)展模擬器來測試暗物質(zhì)可能影響星系屬性的更多方式，包括它們的形狀如何演變、黑洞的質(zhì)量以及它們變成超新星的頻率等。韋克斯勒說道，這個(gè)虛擬模式對(duì)我們來說意義重大，在這個(gè)模式下，我們可以在一個(gè)有效的框架內(nèi)嘗試解決所遇到的這些問題。?我們目前有一個(gè)計(jì)算成本足夠低的模型，大約在一秒鐘內(nèi)計(jì)算出整個(gè)宇宙參數(shù)，這樣我們就可以做幾百萬次，模擬出幾百萬個(gè)嬰兒宇宙，并觀察它們的成長，探索星系形成過程中暗物質(zhì)轉(zhuǎn)化的參數(shù)。

該研究成果發(fā)表在皇家天文學(xué)會(huì)月報(bào)期刊上。仰望星空，人們常常會(huì)發(fā)出“宇宙之問”，作者認(rèn)為，隨著科技的進(jìn)步，宇宙的神秘面紗總會(huì)被人類所揭開！