關於宇宙的誕生,科學界通常以「大霹靂」(Big Bang)理論解釋之,不過這個理論還有許多尚待解謎之處。麻省理工學院的天文物理學家沃格爾斯貝爾格(Mark Vogelsberger)以大量的數據及強大的圖形運算,建構出前所未見、超精細宇宙生成模擬模型—Illustris,這個模型能讓後繼研究者一窺大霹靂理論之堂奧,展現出宇宙的浩瀚之美。
雖然網路上已有不少有關大霹靂的模擬動畫,不過Illustris的細緻處在於,這個宇宙演進模型中每一個變化都有數據資料支持。格爾斯貝爾格及其研究團隊將目前所有已知的天文資料整理後,以強大的演算資源形塑出精緻的Illustris模型。這個人造模擬宇宙,解開了大霹靂之後星系及恆星的生成之謎。
Illustris是有史以來最精準的宇宙生成模型,能夠以擬真圖像視覺,精緻地呈現出大霹靂後1200萬年間普通物質與暗物質(dark matter)的結構演化過程。模擬規模之大,足以擴大解釋為整個宇宙的生成過程;模擬作工之細,聚焦呈現個別星系的成形過程。
即使是暗物質,Illustris模型都能模擬(取自Illustris)
宇宙生成模型一直是天文物理學家的大挑戰,主要原因在於宇宙約有95%的構造是由暗物質及暗能量所構成,這兩種事物無法被觀察或測量,使科學家對於宇宙的演化的認識蒙上一層神秘面紗。不過在Illustris模型中,能透過演算方式具體呈現暗物質。
從下圖可以清楚看到,Illustris具體呈現出恆星形成過程中出現的冷空氣(綠色部位)及熱空氣(藍色部位),以及圍繞的星系周圍的高溫區域(紅色部位)。這個活靈活現的模擬宇宙能夠展現出4萬種星系的生成,包含橢圓星系(elliptical galaxies)及盤狀星系(disk galaxies)。
格爾斯貝爾格指出,如果單用一部超級電腦進行演算,將需要耗時2000年才能完成Illustris,可見模型的複雜程度。後來格爾斯貝爾格動用了8000部電腦投入運算,終於在數個月內完成這個模型。具體的研究成果已發表於7日的《自然》(Nature)期刊。