把浩瀚星辰装进计算机！中国超算为造虚拟宇宙提供硬核支撑

　　近日，中国科学院国家天文台发布了超大规模宇宙学模拟项目“千衍”。这个模拟“宇宙”将边长约120亿光年的宇宙空间装进计算机，使用约4.2万亿个暗物质粒子，高精度追踪暗物质在宇宙演化中的聚集和结构形成过程。科学家为什么要建一个模拟的“宇宙”?通过这份数字导引图，我们能看到宇宙的哪些奥秘?

　　一场大爆炸，迎来了宇宙的初生，这是科学界关于宇宙起源的主流理论。中国科学院国家天文台副台长赵公博介绍，人类拥有各类天文望远镜用于宇宙观测，但模拟构建虚拟宇宙的价值，在于高精度给出理论模型的预测，用于对比观测数据，为探索宇宙奥秘提供关键支撑。

　　所谓数字虚拟宇宙，是指科研人员依托超级计算机的强大算力，模拟出的一个与真实宇宙十分相似的数字化的宇宙。

　　科学家们为这个超大的数字虚拟宇宙取名为“千衍”。它覆盖了边长约120亿光年的宇宙空间，使用约4.2万亿个暗物质粒子。赵公博解释，这个模拟宇宙能让科学家“看到”真实宇宙中目前很难看到的东西。

　　论文第一作者、中国科学院国家天文台研究员王乔表示，“千衍”通过模拟技术，高精度追踪暗物质在宇宙演化过程中的聚集与结构形成，最终输出100个演化阶段的模拟快照，完整还原了宇宙从早期到如今的“成长轨迹”。

　　目前，对极端稀有天体的模拟，也已经在“千衍”中成为现实。距离地球约40亿光年的著名大质量并合星系团阿贝尔2744，由多个星系团碰撞并合而成，结构极为复杂，是检验宇宙学模型的重要样本。

　　研究团队从模拟中筛选出与阿贝尔2744相似的星系团，王乔表示，测试结果显示，与詹姆斯·韦伯空间望远镜的实际观测结果高度吻合充分验证了“千衍”的超高数值模拟精度与精细化星系建模能力。

　　模拟宇宙演化过程，需要长时间、大规模动用超算资源，中国科学院“东方”超级计算机，成为支撑此次宇宙数值模拟的重要基础。在这个超级计算平台的支持下，“千衍”还可能为我们带来哪些新的认知呢?

　　“千衍”能够实现超大规模、高精度的宇宙模拟，离不开国产技术的硬核支撑。中国科学院国家天文台团队历时数年攻关，自主开发了相关软件，对国产自主超算平台完成深度优化，实现了超大规模、超长运行时间的高效稳定计算。在东方超算4096节点运行1.6万张加速卡，历时大约18天，模拟“宇宙”在计算机中显现。

　　论文共同第一作者、北京师范大学天文学系教授郭琦指出，“千衍”在模拟体积和质量分辨率的覆盖范围上前所未有，使我们能够详细预测大量相对常见星系在宇宙网中的分布方式，也能研究那些本身罕见且富有研究价值、但在较小体积模拟中难以触及的天体的性质。

　　王乔指出，未来，“千衍”将持续优化模拟精度、拓展模拟范围，进一步助力暗物质、暗能量本质的研究，深化人类对宇宙演化规律的认知。同时，也将为中国空间站巡天望远镜、欧洲空间局欧几里得空间望远镜等大型巡天项目，提供重要的科学支撑。