导读 就像天体灯塔一样，遥远的类星体发出宇宙中最亮的光。它们发出的光比我们整个银河系还要多。光来自被超大质量黑洞吞噬时撕裂的物质。宇宙学...

就像天体灯塔一样，遥远的类星体发出宇宙中最亮的光。它们发出的光比我们整个银河系还要多。光来自被超大质量黑洞吞噬时撕裂的物质。宇宙学参数是天文学家用来追踪大爆炸后数十亿年整个宇宙演化的重要数值约束。

类星体光穿过大爆炸后不久形成的、直径达2000万光年或以上的巨大中性氢气云，揭示了有关宇宙大尺度结构的线索。

德克萨斯高级计算中心(TACC)的Frontera超级计算机利用类星体光数据帮助天文学家开发了PRIYA，这是迄今为止用于模拟宇宙大型结构的最大的流体动力学模拟套件。

“我们创建了一个新的模拟模型来比较真实宇宙中存在的数据，”加州大学河滨分校天文学助理教授西蒙·伯德说。

Bird和同事开发了PRIYA，它从斯隆数字巡天(SDSS)的扩展重子振荡光谱巡天(eBOSS)中获取光学数据。他和同事在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》(JCAP)上发表了宣布PRIYA于2023年10月推出的工作。

“我们将eBOSS数据与具有不同宇宙学参数和不同宇宙初始条件(例如不同物质密度)的各种模拟模型进行比较，”伯德解释道。“你会找到最有效的一种方法，以及在不破坏数据和模拟之间的合理一致性的情况下，你可以远离那个方法多远。这一知识告诉我们宇宙中有多少物质，或者宇宙中有多少结构。宇宙。”

PRIYA模拟套件与同样由Bird共同开发的大规模宇宙学模拟相连，称为ASTRID，用于研究星系形成、超大质量黑洞的合并以及宇宙历史早期的再电离期。宇宙。PRIYA更进一步。它采用ASTRID中发现的星系信息和黑洞形成规则，并更改初始条件。

“有了这些规则，我们可以采用我们开发的匹配星系和黑洞的模型，然后我们改变初始条件并将其与来自中性氢气eBOSS的莱曼森林数据进行比较，”伯德说。

'莱曼-???“森林”来自类星体光谱图上紧密堆积的吸收线“森林”，这些吸收线是由中性氢原子能级之间的电子跃迁产生的。“森林”表明了巨大的星系间中性氢云的分布、密度和温度。更重要的是，气体的块状表明暗物质的存在，暗物质是一种尚未被看到的假设物质，通过观察到它对星系的牵引力可以明显看出。

PRIYA模拟已被用来完善2023年9月提交给JCAP的工作中的宇宙学参数，该工作由SimeonBird及其加州大学河滨分校的同事MAFernandez和Ming-FengHo撰写。

之前对中微子质量参数的分析与宇宙微波背景辐射(CMB)的数据不一致，宇宙微波背景辐射被描述为大爆炸的余辉。天文学家利用普朗克空间天文台的宇宙微波背景数据对中微子的质量进行严格限制。

中微子是宇宙中最丰富的粒子，因此精确确定它们的质量值对于宇宙大尺度结构的宇宙学模型非常重要。

“我们通过模拟进行了新的分析，其规模比以前更大，设计也更好。早期与普朗克CMB数据的差异消失了，取而代之的是另一种张力，类似于在其他低红移大型结构测量中看到的情况。”伯德说。“这项研究的主要结果是确认CMB测量值和弱透镜效应之间的σ8张力存在于200亿年前的红移中。”

伯德说：“PRIYA研究中的一个严格限制的参数是σ8，它是8兆秒差距(260万光年)范围内的中性氢气结构的数量。这表明那里漂浮着暗物质团块的数量。”。

另一个受约束的参数是ns，即标量光谱指数。它与暗物质的笨拙程度如何随分析区域的大小而变化有关。它表明宇宙在大爆炸后不久膨胀的速度有多快。

“标量光谱指数确定了宇宙一开始的行为方式。PRIYA的整个想法是计算出宇宙的初始条件以及宇宙的高能物理行为方式，”伯德说。

Bird解释说，PRIYA模拟需要超级计算机，因为它们太大了。

“PRIYA模拟的内存要求非常大，除了超级计算机之外，您无法将它们放在任何其他计算机上，”伯德说。

Frontera上的PRIYA模拟是迄今为止规模最大的宇宙学模拟之一，需要超过100,000个核心小时来模拟一个边缘120兆秒差距(约391万光年)的“盒子”中包含30723个(约290亿)个粒子的系统穿过。PRIYA模拟在Frontera上消耗了超过600,000个节点小时。

“Frontera对这项研究非常重要，因为超级计算机需要足够大，以便我们可以相当轻松地运行这些模拟之一，而且我们需要运行很多模拟。如果没有像Frontera这样的东西，我们将无法解决“他们。并不是说需要很长时间——他们只是根本跑不了，”伯德说。

此外，TACC的Ranch系统为PRIYA模拟数据提供长期存储。

“牧场很重要，因为现在我们可以将PRIYA重新用于其他项目。这可能会使我们的科学影响增加一倍或三倍，”伯德说。

“我们对更多计算能力的渴望是无法满足的，”伯德总结道。“我们坐在这个小星球上观察宇宙的大部分，这真是太疯狂了。”