近日，中國科學(xué)院國家天文臺發(fā)布了超大規(guī)模宇宙學(xué)模擬項目“千衍”。這個模擬“宇宙”將邊長約120億光年的宇宙空間裝進計算機，使用約4.2萬億個暗物質(zhì)粒子，高精度追蹤暗物質(zhì)在宇宙演化中的聚集和結(jié)構(gòu)形成過程?？茖W(xué)家為什么要建一個模擬的“宇宙”？通過這份數(shù)字導(dǎo)引圖，我們能看到宇宙的哪些奧秘？

　　一場大爆炸，迎來了宇宙的初生，這是科學(xué)界關(guān)于宇宙起源的主流理論。中國科學(xué)院國家天文臺副臺長趙公博介紹，人類擁有各類天文望遠(yuǎn)鏡用于宇宙觀測，但模擬構(gòu)建虛擬宇宙的價值，在于高精度給出理論模型的預(yù)測，用于對比觀測數(shù)據(jù)，為探索宇宙奧秘提供關(guān)鍵支撐。

　　所謂數(shù)字虛擬宇宙，是指科研人員依托超級計算機的強大算力，模擬出的一個與真實宇宙十分相似的數(shù)字化的宇宙。

　　科學(xué)家們?yōu)檫@個超大的數(shù)字虛擬宇宙取名為“千衍”。它覆蓋了邊長約120億光年的宇宙空間，使用約4.2萬億個暗物質(zhì)粒子。趙公博解釋，這個模擬宇宙能讓科學(xué)家“看到”真實宇宙中目前很難看到的東西。

　　論文第一作者、中國科學(xué)院國家天文臺研究員王喬表示，“千衍”通過模擬技術(shù)，高精度追蹤暗物質(zhì)在宇宙演化過程中的聚集與結(jié)構(gòu)形成，最終輸出100個演化階段的模擬快照，完整還原了宇宙從早期到如今的“成長軌跡”。

　　目前，對極端稀有天體的模擬，也已經(jīng)在“千衍”中成為現(xiàn)實。距離地球約40億光年的著名大質(zhì)量并合星系團阿貝爾2744，由多個星系團碰撞并合而成，結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，是檢驗宇宙學(xué)模型的重要樣本。

　　研究團隊從模擬中篩選出與阿貝爾2744相似的星系團，王喬表示，測試結(jié)果顯示，與詹姆斯·韋伯空間望遠(yuǎn)鏡的實際觀測結(jié)果高度吻合充分驗證了“千衍”的超高數(shù)值模擬精度與精細(xì)化星系建模能力。

　　模擬宇宙演化過程，需要長時間、大規(guī)模動用超算資源，中國科學(xué)院“東方”超級計算機，成為支撐此次宇宙數(shù)值模擬的重要基礎(chǔ)。在這個超級計算平臺的支持下，“千衍”還可能為我們帶來哪些新的認(rèn)知呢？

　　“千衍”能夠?qū)崿F(xiàn)超大規(guī)模、高精度的宇宙模擬，離不開國產(chǎn)技術(shù)的硬核支撐。中國科學(xué)院國家天文臺團隊歷時數(shù)年攻關(guān)，自主開發(fā)了相關(guān)軟件，對國產(chǎn)自主超算平臺完成深度優(yōu)化，實現(xiàn)了超大規(guī)模、超長運行時間的高效穩(wěn)定計算。在東方超算4096節(jié)點運行1.6萬張加速卡，歷時大約18天，模擬“宇宙”在計算機中顯現(xiàn)。

　　論文共同第一作者、北京師范大學(xué)天文學(xué)系教授郭琦指出，“千衍”在模擬體積和質(zhì)量分辨率的覆蓋范圍上前所未有，使我們能夠詳細(xì)預(yù)測大量相對常見星系在宇宙網(wǎng)中的分布方式，也能研究那些本身罕見且富有研究價值、但在較小體積模擬中難以觸及的天體的性質(zhì)。

　　王喬指出，未來，“千衍”將持續(xù)優(yōu)化模擬精度、拓展模擬范圍，進一步助力暗物質(zhì)、暗能量本質(zhì)的研究，深化人類對宇宙演化規(guī)律的認(rèn)知。同時，也將為中國空間站巡天望遠(yuǎn)鏡、歐洲空間局歐幾里得空間望遠(yuǎn)鏡等大型巡天項目，提供重要的科學(xué)支撐。