科学家打造超逼真虚拟宇宙，可精准模拟星系演化过程

IT之家 4 月 20 日消息，得益于一项革命性的全新独特“虚拟宇宙”视听模拟技术，科学家们已构建出迄今为止最详尽的宇宙演化图景，而你也能亲眼看见、亲耳聆听。据IT之家了解，COLIBRE 虚拟宇宙项目依托宇宙学标准模型，模拟了寒冷星系尘埃与气体的运动规律 —— 这些物质是恒星的构成基石，模拟时间跨度从宇宙大爆炸后的最初十亿年一直延续至今日。凭借远超以往其他宇宙模拟项目的算力支撑，COLIBRE 构建出的合成宇宙，与詹姆斯 · 韦布空间望远镜（JWST）观测到的早期宇宙景象高度吻合。该研究也由此验证了宇宙学标准模型，即 Λ 冷暗物质（ΛCDM）模型。更令人惊叹的是，这个合成宇宙逼真到就连不少天文学家都为之惊叹。“看着从我们计算机中诞生的‘星系’，与真实星系几乎毫无二致，还具备天文学家在实测数据中观测到的诸多特征，比如数量、光度、颜色和大小，这实在令人振奋。”COLIBRE 团队成员卡洛斯 · 弗伦克在一份声明中表示，“我总爱打趣观测领域的同事，问他们：‘你觉得这些图像出自哪个星系星表？’最了不起的是，我们仅通过求解膨胀宇宙中的相关物理方程，就构建出了这个合成宇宙。”该模拟在杜伦大学的 COSMA8 超级计算机上运行，攻克了其他项目难以逾越的难题：冷气体建模。而这一建模之所以至关重要，是因为恒星由冷气体和尘埃在自身引力作用下坍缩形成 —— 想要精准模拟恒星，就必须先精准模拟冷气体的运动。COLIBRE 还成功模拟了微小尘埃颗粒，以及尘埃在促进氢分子形成、阻挡紫外线方面的作用，而紫外线会抑制气体冷却并阻碍恒星诞生。“真实星系中的大部分气体都寒冷且布满尘埃，但此前绝大多数大型模拟项目都不得不忽略这一点。”荷兰莱顿大学的 COLIBRE 项目负责人约普 · 沙耶在声明中称，“借助 COLIBRE，我们终于将这些关键组成部分纳入研究范畴。”不过，尽管这些虚拟宇宙模型已十分完善，却仍无法解开詹姆斯 · 韦布空间望远镜发现的一个宇宙谜题 —— 该设备在宇宙某一时期观测到大量所谓的“小红点”天体。这些神秘天体在宇宙大爆炸 6 亿年后大量出现，却在宇宙演化至约 15 亿年时消失无踪，它们或许是大质量黑洞的种子。该项目的大部分模拟工作已于 2025 年完成，部分模拟仍在持续进行，而已获取的数据需要数年时间才能完成分析。“我们不仅对这项科学研究本身感到兴奋，更对探索宇宙的全新方式充满期待。”英国朴茨茅斯大学的詹姆斯 · 特雷福德在声明中表示，他主导了 COLIBRE 项目尘埃模型的研发与可视化成果的音频化工作。“这些工具或将带来全新发现，让天文学领域更易被大众理解，也能帮助我们直观认知星系的成长与演化规律。”COLIBRE 相关研究成果已于当地时间 4 月 13 日发表在《皇家天文学会月报》期刊上。参考资料：https://academic.oup.com/mnras/article/548/1/stag375/8650959?login=false