天文学家创造了数百万个“虚拟宇宙” 模拟宇宙的演变

宇宙大得超乎想象,包含着数以亿计的星系。我们已经很好地掌握了很多星系动力学,但是这些巨大的物体是如何形成、成长和变化的,仍然是我们难以理解的。

进入宇宙机器:模拟软件运行在一台功能强大的超级计算机上,能够生成数百万个宇宙,以便宇宙学家能够研究它们如何随时间演化。

当然,我们可以从观察和推断中学到很多东西,但计算机模拟正证明是一个强大的工具,帮助我们填补空白。通常,它们被用于更小的尺度,但在这个例子中,研究人员使用宇宙机器来贯穿我们宇宙的几乎整个时间轴——从大爆炸后大约4亿年,直到现在。

亚利桑那大学的天文学家Peter Behroozi说:“通过计算机,我们可以创造出许多不同的宇宙,并将它们与实际宇宙进行比较。”“这让我们可以推断出哪些规则导致了我们看到的这条规则。”

这就是他们所做的。他们的模拟产生了超过800万个宇宙,花费了40万个CPU小时,研究人员不断调整参数,观察这些变化可能如何影响最终结果。

他们发现,最像我们真实宇宙的模拟宇宙都有相似的物理规则。

他们还发现,我们对恒星形成的理解可能有点……嗯,错了。

人们认为,恒星的形成是气体云(如星云)在自身重量的作用下发生坍缩,形成致密的结和褶皱,从而启动了恒星的吸积过程。但也有人认为它必须是冷却气体;气体越热,恒星就越难形成。

这一现象的证据被认为存在于大多数星系中心的超大质量黑洞中。当它们活跃时,它们会加热它们周围的物质,我们认为这是一种能够抑制恒星形成的物质,即使有气体存在。

这种热量也可以由爆炸的恒星产生。暗物质是一种神秘的未知物质,它给宇宙增加了引力质量。人们认为暗物质也能加热气体,因此人们认为暗物质在阻止恒星形成方面也发挥了作用。

但这并不是研究人员在模拟中看到的。

“当我们回到宇宙中越来越早的时候,我们预计暗物质的密度会越来越大,因此气体会变得越来越热。这不利于恒星的形成,所以我们认为早期宇宙中的许多星系应该在很久以前就停止形成恒星了。”

“但我们发现了相反的情况:特定大小的星系更有可能以更高的速度形成恒星,这与预期相反。”

当研究小组进行恒星形成骤冷的模拟时,最终的结果显示,宇宙与真实宇宙大不相同,星系的颜色也不对:由于缺少更年轻、更蓝的恒星,宇宙比预期的要红得多。

但是当恒星的形成没有停止时,模拟的宇宙看起来更像我们用望远镜和眼睛看到的。

贝鲁奇说:“我们被迫得出结论,星系在早期形成恒星的效率比我们想象的要高。”

“这告诉我们,超大质量黑洞和爆炸恒星产生的能量在抑制恒星形成方面没有我们理论预测的那么有效。”

反过来,这意味着我们可能需要回到画板上来弄清楚星系是如何死亡的。

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