科学家利用约4.2万亿个虚拟粒子，在超级计算机中搭建了一个边长120亿光年的“数字宇宙”——这便是迄今为止世界规模最大的宇宙学模拟“千衍”（HyperMillennium）。

4月23日，在中国科学院国家天文台（以下简称国家天文台）举办的宇宙学模拟项目科学研讨会上，由中国科学家领衔的国际团队发布了“千衍”模拟的首批研究成果。借助“千衍”，研究人员有望获得“上帝视角”，重现宇宙演化的宏大历史。

研究成果示意。国家天文台供图

据了解，“千衍”模拟的命名充满哲思。“千”呼应英文单词Millennium，象征宇宙在长时间尺度上的演化；“衍”取自《易经》中的“大衍之数”，意为以数推演万物生成。这一命名体现出以数值模拟为手段，在基本物理规律下重建宇宙结构由简至繁的层级演化过程。

国家天文台研究员王乔介绍，“千衍”模拟从大爆炸之后的宇宙早期开始，通过计算宇宙中物质的引力作用，高精度模拟再现了百亿年尺度上宇宙大尺度结构的形成与演化过程。借助星系形成半解析模型，“千衍”模拟还可生成星系星族、光度、颜色、光谱能量分布以及虚拟观测图像等信息。

通过将高精度虚拟宇宙与实际观测进行比较，“千衍”模拟将为研究暗物质、暗能量等基础宇宙学问题提供重要支撑，深化对星系演化规律的认知。同时，模拟数据也将为中国空间站巡天望远镜（CSST）、欧洲空间局欧几里得空间望远镜（Euclid）等大型巡天项目提供重要的科学支撑。

该模拟依托中国科学院计算机网络信息中心“东方”超级计算机运行，使用了由国家天文台团队自主开发的软件PhotoNs，该软件面向国产自主超算平台进行了深度优化。经过数年攻关，团队成功实现在上万张加速卡上进行长时间高效稳定计算的能力，标志着我国在宇宙学与高性能计算交叉领域取得重要突破。

对此，美国德克萨斯大学奥斯汀分校Mike Boylan-Kolchin教授评价：“‘千衍’模拟是一项计算奇迹，它在模拟体积和质量分辨率的覆盖范围上前所未有。未来多年里，‘千衍’模拟都将成为星系形成和宇宙学研究领域的重要标志性成果。”

近日，“千衍”模拟的首篇学术论文在《皇家天文学会月刊》发表。论文以著名大质量并合星系团阿贝尔2744为研究对象，检验了“千衍”模拟研究极端稀有天体的能力。距离地球约40亿光年的阿贝尔2744由多个星系群碰撞并合而成，结构极端复杂，是检验宇宙学模型的重要样本。

据悉，“千衍”模拟首批数据计划后续通过国家天文科学数据中心向全球发布。

相关论文信息：http://doi.org/10.1093/mnras/stag540