天文學家利用計算機模擬類銀河星系

美國加利福尼亞大學和瑞士蘇黎世理論物理研究院科學家首次通過計算機模型，模擬了6000多萬個暗物質和氣體粒子間的相互作用，經過超級計算機9個月的漫長運算，仿照銀河系生成了相同形狀的旋臂星系結構。該模型解決了當前主要宇宙模型中長期存在的問題，成為該領域迄今分辨率最高的模型。

模擬星系名為“厄里斯”（Eris），中心由明亮的古老恒星和類似銀河系核心結構的其他物質組成，圍繞核心的巨大旋臂構成了平面星系盤。它的外部輪廓、核球與星盤比例、星系中的主要星體等關鍵特征，都是科學家通過對銀河類星系觀測而得。

模擬結果支持了主流認可的“冷暗物質”理論。“冷暗物質”是一類運動緩慢且無法被“看到”的物質，宇宙中的星系演化是萬有引力和暗物質之間相互作用的結果。大爆炸之后，最初的物質存在微小的密度不均勻，它們之間通過萬有引力作用形成了最初的暗物質團，這些暗物質團吞并了較小的原始物質后變得越來越大。宇宙中不到20%的普通物質形成了恒星和行星，它們落入大團暗物質產生的“重力井”中，就形成了中心含有一個暗物質光環的星系。

研究小組首先從低分辨率開始，模擬最初的暗物質演化成一個類銀河星系的控制中心，然后放大中心光環區，引入氣體粒子并大幅度提高分辨率，再追蹤粒子間的相互作用的演化。他們使用具有超高分辨率的美國國家航空航天局（NASA）昴宿星團超級計算機，僅數據處理就花了140萬個小時。在“厄里斯”星系中，設置的臨界密度讓一些高密度區域更容易形成恒星，從而更接近真實星系的情況。

過去20年來，科學家一直想用計算機再現這一過程，卻無法生成像銀河系那樣的星系。論文合著者、加州大學圣克魯茲分校天文與天體物理學教授皮耶羅-馬多說：“真實的星系是由恒星聚集而成，要模擬這一過程非常困難。我們第一次用計算機模擬了高密度氣體云團，這些云團是恒星的出生地，最終形成了類似銀河系的旋臂星系。模型還推測了冷暗物質的情況，為星系形成提供了基本框架。”

馬多還指出，在那些高密度區域，當恒星爆發成超新星時，能量會進入星際間物質，將大量氣體吹出星系。“超新星爆發在星系內造成了氣體外流，否則它會形成更多恒星和一個更大的核球。恒星聚集和超新星能量噴發造成了模擬差異。”