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科学家设法提高超级计算机模拟准确性 揭开星系形成背后的秘密

2024-3-10 72 3/10

近十年来,计算机模拟技术取得了重大进展,可以真实地计算星系的形成过程。这些宇宙学模拟对于我们了解星系、恒星和行星的来源至关重要。然而,这些模型的预测结果会受到模拟分辨率的限制,以及一些因素的假设影响,比如恒星的生老病死和星际介质的演化。

天文学家可以使用超级计算机来模拟星系从 138 亿年前宇宙大爆炸至今的形成过程。但是,这其中存在许多误差来源。由隆德研究人员领导的一个国际研究小组在八年时间里花费了一亿个计算机小时试图纠正这些错误。

为了最大限度地减少误差来源,制作出更精确的模拟结果,由隆德大学的 Santi Roca-Fàbrega、首尔国立大学的 Ji-hoon Kim 和加利福尼亚大学的 Joel R. Primack 领导的来自 60 所高等院校的 160 名研究人员通力合作,现在公布有史以来最大规模的模拟对比结果。

"要在星系形成理论方面取得进展,对不同模拟的结果和代码进行比较至关重要。"天体物理学研究员桑蒂-罗卡-法布雷加(Santi Roca-Fàbrega)说:"我们现在已经做到了这一点,将世界上最好的星系模拟器背后相互竞争的代码组聚集在一起,进行了一种超级比较。"

该合作项目的三篇论文(即 CosmoRun 模拟)现已发表在《天体物理学杂志》上。在这些论文中,研究人员分析了一个与银河系质量相同的星系的形成过程。模拟基于相同的天体物理学假设,包括宇宙中第一批恒星产生的紫外线背景辐射、气体冷却和加热以及恒星形成过程。

科学家设法提高超级计算机模拟准确性 揭开星系形成背后的秘密

模拟宇宙的一部分。资料来源:AGORA 协作小组

新成果让研究人员得出结论,像银河系这样的圆盘星系在宇宙历史上形成的时间非常早,这与詹姆斯-韦伯望远镜的观测结果是一致的。他们还找到了一种方法,使卫星星系--围绕较大星系运行的星系--的数量与观测结果相一致,最终解决了一个众所周知的问题,即"卫星缺失问题"。

此外,研究小组还揭示了星系周围的气体是如何成为逼真模拟的关键,而不是恒星的数量和分布,因为恒星的数量和分布是以前的标准。

Santi Roca-Fàbrega 说:"这项工作已经持续了八年,需要运行数百次模拟,使用一亿个小时的超级计算设施。"

他们的旅程仍在继续,以进一步完善对星系形成的模拟。Santi Roca-Fàbrega 和他的同事们希望通过每一项技术成果,为宇宙和星系的诞生与演化这一令人眼花缭乱的谜题增添新的内容。

Santi Roca-Fàbrega说:"这是对星系形成进行更可靠模拟的开始,这反过来将帮助我们更好地了解我们的银河系。"

编译自:ScitechDaily

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