「天河二號」用3萬億粒子模擬宇宙物質、微子的分布演化進程

天河二號超級計算機。 視覺中國 資料

由北京大學科維理天文與天體物理研究所博士後於浩然與北京師範大學天文系教授張同傑等組成的科研團隊，利用我國「天河二號」超級計算機完成了3萬億粒子數的N體數值模擬，揭示了宇宙大爆炸1600萬年之後至今約137億年的暗物質和中微子的演化進程。該模擬首次發現了中微子在宇宙結構中的凝聚效應，開闢了一條獨立測量中微子質量的道路。該研究發表在6月5日出版的《自然·天文學》上。

中微子是自然界中的基本粒子之一。它在宇宙大爆炸約1秒鐘後與其他等離子體物質退耦，形成看不見的宇宙背景。目前的物理實驗和天文觀測都無法精確測量中微子的質量。

暗物質是宇宙的主要物質構成。該研究團隊用3萬億粒子模擬宇宙中的中微子、暗物質的分布和演化，並發現中微子質量可以通過宇宙中含有不同中微子丰度的區域中星系的特性來測量。相對於「貧」中微子區域，在「富」中微子區域，更多的中微子被大質量暗物質結構俘獲。這種凝聚效應導致暗物質結構的質量函數的改變，最終導致星系的特性發生變化，為宇宙學觀測開闢了一條獨立測量中微子質量的道路。

大規模宇宙學數值模擬依賴具有強大計算和存儲能力的超級計算機。該N體數值模擬於2015年初在「天河二號」上完成。其模擬粒子數超過美國Mira超級計算機進行的模擬，創造了新的世界紀錄。該研究成果的第一作者於浩然博士介紹說，N體數值模擬中的粒子數猶如攝像機的像素。「粒子數越多，就好比攝像機的解析度越高，越能清晰地還原宇宙演化歷史，降低中微子和泊松雜訊的影響。」

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