日本千葉大學等利用超級計算機,成功地以資料方式大規模和高精度地類比再現了巨大的宇宙太空。透過採用約2.1萬億個粒子(全球最大規模)表現宇宙中廣泛分佈的神祕物質「暗物質」,提高了類比的解析度。類比資料已廣泛公開,有助於闡明宇宙和銀河的形成程序。
研究團隊此次利用了日本國立天文臺於2018年投入使用的超級計算機「Aterui 2」。相關資料從2020年開始已在網上公開,目前至少有10個左右的研究團隊正在利用。
利用的超級計算機「Aterui 2」(圖片由日本國立天文臺提供)
據說暗物質約佔宇宙中存在物質的80%。研究認爲,宇宙誕生後,受重力的影響,暗物質大量聚集的場所形成了天體和銀河。
千葉大學的石山智明副教授等人組成的研究團隊實施了仿真實驗,利用大量粒子表示暗物質並計算了重力的影響,從而再現了宇宙結構。
類比再現的宇宙被命名爲「Uchuu」(日語中「宇宙」的讀音),單側長度達96億光年。可以再現至尺寸約爲普通銀河1萬~1千分之1的小型暗黑「矮銀河」。此前也有表示暗物質的粒子數量的同等類比資料,但如何兼顧空間大小和精確性一直是有待解決的課題。
用2萬多億個粒子表示佔據宇宙約80%的「暗物質」(圖片由千葉大學石山副教授提供)
如果要闡明宇宙及構成宇宙的銀河和天體的結構及形成程序,除了使用望遠鏡等進行直接觀測外,透過類比進行理論研究是必不可少的。千葉大學石山副教授介紹說,「很難持續追蹤觀測一個天體的演化,而透過類比則可以追蹤演化的程序」。
此次再現的宇宙類比資料與德國馬克斯·普朗克研究所從大約15年前開始廣泛使用的資料相比,此次的天體數量約爲後者的100倍,精度約爲後者的10倍,有助於開展更廣泛的宇宙理論研究。
類比的資料量高達3PB(1PB爲1000萬億Byte),但專門針對暗物質資訊的基礎資料被壓縮爲約100TB(1TB爲1萬億Byte)公開。客戶可以提取自己所需的資訊。如果是分割的資料,可以從數GB(1GB爲10億Byte)的資料中下載。
今後打算結合位於美國夏威夷的「昴星團望遠鏡」的觀測結果,建立更詳細的宇宙資料。
美國宇航局(NASA)計劃2021年内發射名爲「詹姆斯·韋伯」的新型太空望遠鏡。爲了揭開宇宙的奧祕,科學家們正在努力提高觀測和計算水平。
日文:松添亮甫、《日經產業新聞》,2021/10/04
中文:JST客觀日本編輯部