IllustrisTNG：目前最详尽的计算机数字宇宙模型

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用大来形容我们的宇宙实在是有点过于轻描淡写了。随着科学的发展，我们对宇宙的认知始终处于向前演进的状态；最近一段时间，宇宙学家开始厘清了暗物质和黑洞在星系的形成过程中所扮演的角色。

综合所有这些材料需要令人印象深刻的计算能力和高明的数值算法，幸运的是，天体物理学家有最新的宇宙数据模型。

最新的模型给出了一些非常具体的预测，通过对它们进行观测验证，毫无疑问将导致一系列令人兴奋的新发现。

来自Flatiron Institute计算天体物理中心(CCA)的天体物理学家Shy Genel说：“当我们使用望远镜观测星系时，我们只能测量某些物理量。通过计算机模拟，我们可以推衍出这些星系的所有属性，不仅仅是星系那些可视的表征，而是整个星系的形成历史。”

IllustrisTNG是Illustris的继任者，它庞大的数据库基于CCA，MIT，哈佛大学，剑桥大学，海德堡理论研究所和高等研究院的众多研究人员的发现。

实际上，TNG包括18个模拟进程，涵盖了不同的规模——从单位立方到以10亿光年为单位的模拟宇宙——展示了从宇宙大爆炸到未来宇宙的演化历程。

随着分辨率的提升和新的物理学内容补充，优化过的模拟程序不仅覆盖了更多的领域，现在还可以准确地表现聚类星系的形态，以及它们如何随着时间的推移而变化。

持续地刻画空间尺度达到十亿光年的星系、磁场和暗物质，对硬件设备提出了极高的要求。

所以这个项目使用了德国最快的超级计算机Hazel Hen来处理这些数据。

尽管如此，还是需要花费两个月的时间才能完成一次大规模的模拟计算，累计产生500TB的数据。

换句话说，它还是能让我们比宇宙自然演化速度更快地看到未来。

来自海德堡理论研究所的Volker Springel说：“分析庞大的数据将使我们在未来几年中无暇他顾，不过，它将为许多激动人心的天文学新进展提供新的见解和思路。”

目前，模型达到的准确程度令人兴奋。研究人员已经发表了三篇论文来描述星际物质的大规模聚类现象，这有助于我们理解星系的形成。

当然，模拟中发现的任何东西都需要天文学家仔细检查。

《皇家天文学会月报》上发表的一篇论文论证了星系碰撞和合并过程中形成的恒星具有一圈微弱的光环；而这一现象通常太过微弱，很难被观察到，我们的模型显示了它的指标性特征，方便天文学家去寻找。

另一项研究探讨了黑洞对恒星形成的影响，为理论模型增加了非常必要的细节。我们现在知道，在星系中心的强大的重力井可以引发星辰风暴吹走原本可以形成星星的气体和尘埃。

Springel说：“特别令人着迷的是，我们可以准确预测超大质量黑洞对物质分布的影响。对验证以后为宇宙学测量结果做出的解释来说，至关重要。”

毫无疑问，这些发现将会反馈到模型中，并进一步优化，从而有希望实现技术迭代。

只是想象一下第三代Illustris可能会揭示什么样的宇宙秘密，就令人无比兴奋。

本文译自 sciencealert，由 majer 编辑发布。