“前沿”超级计算机模拟的一个小样本，揭示了宇宙从数十亿年前至今的演变历程。图片来源：美国阿贡国家实验室

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据物理学家组织网25日报道，美国能源部阿贡国家实验室科学家，利用橡树岭国家实验室的“前沿”超级计算机，实现了迄今最大规模宇宙天体物理模拟。这为宇宙流体力学模拟设定了新基准，也为模拟原子物质和暗物质的物理特征奠定了坚实基础。

此次模拟使用的程序名为“硬件/混合加速宇宙学代码”（HACC）。这一成熟的宇宙模拟程序自15年前问世以来，便致力于研究宇宙暗区大规模结构的形成，包括暗能量、暗物质、中微子和原始涨落的起源等。

随着美国E级计算项目（E级指每秒进行百亿亿次浮点运算）的推进，HACC也迎来重大升级，其在E级“前沿”超级计算机上展现了惊人的运行速度，比最初的参考运行速度快了近300倍。此次的新模拟更是通过使用约9000个“前沿”超级计算机的计算节点，实现了破纪录的性能。

团队表示，宇宙包含两个组成部分：被认为只与引力相互作用的暗物质，以及普通物质。因此，如果科学家想要探究宇宙的奥秘，需要同时模拟两大事物：引力以及包括热气体、恒星、黑洞和星系形成在内的其他物理学过程，这便是宇宙流体动力学模拟的核心所在。

然而，与模拟不断膨胀的宇宙相比，宇宙流体动力学模拟的计算成本要高得多，难度也更大。以往，科学家无法模拟像智利鲁宾天文台等大型望远镜观测到的、跨越数十亿年时间的宇宙区域的流体动力学情况。但在最新研究中，他们在“前沿”超级计算机上实现了这一点。