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科学家对宇宙的产生有了一个很好的认识

更新时间:2020-09-15 18:18点击:

  自20世纪中叶以来,科学家对宇宙的产生有了一个很好的认识。宇宙膨胀和宇宙微波背景(CMB)的发现为宇宙大爆炸理论提供了可信度,并且膨胀速度的加快引发了有关暗能量的理论。尽管如此,科学家仍然不了解早期宇宙的许多知识,这要求他们依靠对宇宙演化的模拟。

科学家对宇宙的产生有了一个很好的认识

  传统上,这会带来一些问题,因为计算的局限性意味着模拟可能是大规模的或详细的,但不能同时进行。但是,来自德国和美国的一组科学家最近完成了迄今为止最详细的大规模模拟。作为。。而被知道TNG50这个最先进的模拟技术使研究人员可以研究宇宙如何详细,大规模地演化。

  TNG50是IllustrisTNG进行的最新模拟,IllustrisTNG是一个正在进行的项目,致力于创建大型的宇宙学模拟银河系。它的突破性之处在于它避免了传统的折衷天文学家被迫与之抗衡。简而言之,过去的详细模拟受体积小的困扰,因此很难对大规模宇宙演化进行统计推论。

  另一方面,大容量模拟通常缺乏细节来重现宇宙的许多小规模性质,这使得它们的预测较不可靠。TNG50是同类产品中的第一个模拟,它设法将大规模模拟的概念(“盒子中的宇宙”概念)与以前只有银河系模拟才能实现的分辨率相结合。

  斯图加特的Hazel Hen超级计算机使这成为可能,在那里16,000个内核协同工作了一年多,这是迄今为止时间最长,资源消耗最多的仿真。模拟本身包括一个多维数据集,该多维数据集的直径超过2.3亿光年,其中包含200亿个粒子,分别代表暗物质,恒星,宇宙气体,磁场和超大质量黑洞(SMBH)。

  TNG50还可以辨别发生在总体积的百万分之一(即230光年)的物理现象。这使模拟能够跟踪在138亿年的宇宙历史过程中成千上万个星系的同时演化。他们的模拟结果发表在最近发表在《皇家天文学会月刊》上的两篇论文中。

  两项研究均由马克斯·普朗克天文学研究所的Annalisa Pillepich博士和马克斯·普朗克天体物理学研究所的Dylan Nelson博士领导。正如Dylan在RAS新闻稿中解释的那样:

  “当您获得的投入超过投入时,此类数字实验尤其成功。在我们的仿真中,我们看到未明确地编写到仿真代码中的现象。这些现象以自然的方式出现,源于我们模型宇宙的基本物理成分之间的复杂相互作用。”

  此外,TNG50是对两种新出现的现象进行的同类模拟,这两种现象在星系的演化中起着关键作用。首先,研究团队注意到,当他们回首过去时,有序,快速旋转的盘状星系(如银河系)是从最初混乱的气体云中出现的。

  随着这种气体的沉降,新生恒星逐渐采用圆形轨道,最终让位于大型旋涡星系。正如Annalisa Pillepich博士所解释的:

  “在实践中,TNG50表明我们拥有薄盘状的银河系正处于银河系时尚的顶峰:在过去的100亿年中,至少那些仍在形成新恒星的星系变得越来越像盘状,并且它们的混乱内部运动大大减少了。距今只有几十亿年的历史,宇宙更加混乱!”

  第二个出现现象是在模拟中星系展平时出现的,在那里看到高速的气体风从星系中流出。这是由超新星爆炸和来自模拟星系中心的SMBH的活动驱动的。再次,该过程最初是混乱的,气体向各个方向流出,但最终沿阻力最小的路径变得更加集中。


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