物理学家刚刚创造了历史上最详细的宇宙模拟

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大规模星系团的中心是超热（红色），而明亮的结构显示星系间介质中的扩散气体在宇宙空隙和长丝之间的边界加热。（图像：{TNG合作）“KDSPs”：星系的形成是物质和能量之间的复杂的舞蹈，发生于宇宙的一个阶段，跨越数十亿年。我们今天观察到的结构和动态星系的多样性是由宇宙大爆炸的剧烈混沌所产生的，仍然是宇宙学中最难解决的难题之一。“KdSPE”“KDSPs”在寻找答案时，一个由科学家组成的国际团队创造了迄今为止最详细的宇宙模型。他们称之为TNG50的模拟。他们的虚拟宇宙，大约2亿3000万光年宽，包含数万个正在演化的星系，其细节仅在单个星系模型中见过。模拟跟踪了超过200亿个代表暗物质、气体、恒星和超大质量黑洞的粒子，历时138亿年。

前所未有的分辨率和尺度让研究人员能够收集到对我们自己宇宙过去的关键洞察，揭示了各种奇怪形状的星系是如何形成的，以及恒星爆炸和黑洞是如何触发这个星系演化的。他们的研究结果发表在两篇文章中，将刊登在2019年12月出版的《皇家天文学会月刊》上。相关报道：

从大爆炸到现在：我们的宇宙通过时间的快照

TNG50是由IllustrisTNG项目创建的最新模拟，它的目的是要从宇宙大爆炸中产生一个完整的宇宙图景，通过在不牺牲星系细节的前提下产生一个大尺度的宇宙。保罗·托里，佛罗里达大学物理学副教授，这项研究的合著者对于TNG50来说，根本上新的是，星系内的质量和空间分辨率达到了足够高的水平，清晰地描绘了系统的内部结构是如何形成和演化的。“KDSPE”“KDSPs”模型对细节的关注需要付出一定的代价。德国斯图加特的Hazel-Hen超级计算机需要16000个处理器核，连续运行一年多。同样的计算需要15000年的单处理器系统才能完成。尽管是有史以来计算量最大的天体物理模拟之一，研究人员相信他们的投资已经取得了回报。

“这种数值实验特别成功，当你付出的比投入的多，”迪伦·纳尔逊，德国慕尼黑马克斯普朗克天体物理研究所的博士后研究员、该研究的合著者在一份声明中说在我们的模拟中，我们看到一些没有被显式编程到模拟代码中的现象。这些现象以一种自然的方式出现，来自于我们模型宇宙基本物理成分的复杂相互作用。

星系团的剧烈模拟诞生，其中暗物质结构（白色）合并在一起，而超大质量黑洞和超新星将宇宙气体排出（气体运动显示为红色）。（TNG合作）

这一新出现的现象对于理解为什么我们的宇宙在大爆炸后138亿年的今天出现是至关重要的。天文学家允许研究人员亲眼目睹星系在宇宙诞生后不久出现的湍流气体云中是如何形成的。他们发现，与我们的宇宙邻域共同的盘状星系自然出现在它们的模拟中，并产生内部结构，包括从它们的中心超大质量黑洞延伸的螺旋臂、凸起和杆。什么时候？他们将计算机生成的宇宙与现实的观测进行了比较，发现它们的星系质量与现实是一致的。“KdSPE”“KdSPS”相关：我们宇宙中的15个最奇怪的星系“KdSPE”“KdSPs”，因为它们的星系继续扁平化成有序的旋转盘，另一个现象开始出现。超新星爆炸和每个星系中心的超大质量黑洞产生了高速气体外流。这些外流变成了气体喷泉，在银河系上空上升数千光年。引力最终将大部分气体带回星系盘，重新分配到星系外缘，形成气体流出和流入的反馈环。除了循环利用形成新恒星的成分外，喷流还改变了星系的结构。回收的气体加速了星系向薄旋转盘的转变。“KdSPE”“KdSPS”尽管有这些初步发现，但团队还远未完成对其模型的剖析。他们还计划公开发布所有的模拟数据，供全世界天文学家研究他们的虚拟宇宙。

“现在我们已经完成了这些模拟，还有一条巨大的路要走，”托里说一个完整的研究团队正在致力于更好地理解这些星系形成的细节特性以及在这一数据中显现出什么样的趋势。“KDSPE”15颗令人惊叹的恒星图像11个关于银河系的令人着迷的事实11个关于暗物质“KdSPS”的未回答的问题最初发表在活科学上。

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