科学家模拟出最大虚拟宇宙 研究暗物质和暗能量

瑞士苏黎世大学的天体物理学家在一台大型超级电脑上，模拟了整个宇宙的形成。这是迄今为止人类模拟出的最大的虚拟宇宙，获取的研究数据将用于调整 2020 年发射的欧几里得（Euclid）卫星，研究暗物质和暗能量。

于过去三年，研究人员研发并优化了模拟宇宙的程式，充分利用超级电脑的可用记忆体和处理能力，高度准确地描述了宇宙中暗物质动态和大尺度结构的形成。在瑞士国家计算中心（Swiss National Computing Center，CSCS）的超级电脑上运行了 80 小时后，程式产生了 2 万亿（10e12）个代表暗物质流的宏观粒子，从中产生了一份巨大的星系目录，包含 250 亿个虚拟星系。

研究暗宇宙的组成

经过精确计算，研究人员模拟了暗物质流在其自身引力下的演变，继而模拟了低密度物质，即暗物质晕（dark matter halos）的形成。科学家认为，银河系正是从暗物质晕中形成的。按照欧洲欧几里得任务的要求，这项研究要在整个可观测宇宙的范围內，模拟体积仅为银河系十分之一的星系。

测量光路扭曲

科学家相信，宇宙之中约 95％ 的组成都是“黑暗的”（dark），这包括 23% 的暗物质和 72% 的暗能量。暗能量的本质是现代科学的一大未解之谜。暗物质和暗能量不可直接观测，只能通过间接手段研究。正如光线通过一块不均匀的玻璃板会发生扭曲一样，遥远星系的光途经暗物质时，也会发生偏向（deflection）。欧几里得卫星可以捕捉到这些微小的扭曲，帮助科学家们研究暗物质和暗能量。

优化卫星的观测方法

欧几里得卫星将于 2020 年发射，执行为期 6 年的数据收集任务。它将对宇宙进行层析成像，追溯 100 亿年以前的宇宙进化。虚拟宇宙所产生的星系目录，将帮助改善卫星的观察策略，减少各种误差。通过分析欧几里得卫星收集的数据，科学家们将对暗能量的本质有进一步了解，更有希望发现物理学新突破，如广义相对论的改进，或新粒子的发现。