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一項新的計算機模擬研究揭示早期宇宙中星係與暗物質是如何形成的。 如圖所示，在“鷹”系統中，宇宙中的氣體物質呈現高溫的氣泡形式(紅色)，圍繞著大型星系存在；它們之間則由溫度較低的脈絡(藍色或綠色)相連接 。 小框中的局部圖展示的是氣體，恆星以及暗物質的分佈情況。
這項模擬研究有望回答，為何並非每一個暗物質“暈”結構中都有星系形成。
該研究由英國科學與技術設施委員會(STFC)以及歐洲研究委員會提供資助，調用了兩台地球上最強大的超級計算機之一——英國杜倫大學的“宇宙學機器”(Cosmology Machine)以及 設在法國巴黎的“居里”超級計算機。
英國《每日郵報》報導，科學家們在計算機上對整個宇宙進行了模擬，以求加深他們對星系，恆星以及其他天體形成機制的理解。 在這一“人造宇宙”中，與觀測結果相似的星系逐漸顯現並演化。
這項研究工作使用了地球上最強大的兩台超級計算機之一——英國杜倫大學的“宇宙學機器”(Cosmology Machine)以及設在法國巴黎的“居里”超級計算機。 這兩台設備被用於進行對宇宙的模擬，運行時間超過數月。
在此之前，科學家們利用計算機模擬星系形成與演化收效不大，其中得到的恆星群要么規模太大，要么太小，太老，或是只呈現球形。 而相比之下，利用“鷹”(Eagle，“星係與周遭環境演化與合成”)系統得到的模擬結果則更加接近現實。
此次模擬工作的一大成功之處是其重現了星系風現象——這是由恆星，超新星爆發以及超大質量黑洞所驅動的大規模星系氣體噴流，此次模擬中得到的星系風強度 要超過此前的模擬結果。 星系風會影響星系的形成，因為它會吹走恆星形成所需要的氣體塵埃物質，從而阻礙新生恆星的誕生。
在“鷹”系統模擬中產生了形狀和大小各異的數以千計的各色星系，其特徵與現實世界中的對應物相當吻合，因而可以被用於對宇宙的歷史進行研究，其幾乎可以 一直讓我們向前回溯到138億年前的宇宙大爆炸時期。
杜倫大學教授理查德·鮑爾(Richard Bower)表示：“利用計算機模擬產生的宇宙與真實宇宙非常接近。到處都是星系，有各種各樣的形態，大小和顏色，就像我使用 全世界最大的望遠鏡所看到的一樣。”他說：“這真是令人難以置信。在’鷹’系統得到的模擬宇宙中，我甚至可以按下一個按鈕，讓整個宇宙的時間倒流。”
有關這項研究的論文將會發表在近期出版的《英國皇家天文學會月報》上。 研究的合作者，英國利物浦約翰摩爾大學的羅伯特·克萊因(Rob Crain)博士表示：“對我們而言這是一個新時代的開端。我們現在可以任意操控宇宙的各項因素條件並對大約 140億年來的宇宙星系演化開展研究。”
“鷹”系統的模擬工作或許還將有助於科學家們對宇宙中最大的謎團之一進行探查，那就是暗物質。
物理學家表示，在模擬中發現隨著宇宙演化的進行，物質形成了一個個的“暈”狀結構，這可能是神秘的暗物質存在的線索。 科學家們相信這些出現在宇宙早期的暗物質團塊，或者“暈”結構幫助捕獲了星系氣體物質並在此基礎上成為星系誕生的基石。
宇宙學理論預言在我們銀河系的周圍空間也存在著數以百萬計的小型“暈”結構，其中包含著大量的星系。 但實際上天文學家們的觀測只在銀河系附近發現了數十個小型星系。
杜倫大學計算宇宙學研究所主任卡洛斯·弗雷克(Carlos Frenk)教授表示：“過去的30年裡我一直在研究這一課題，甚至為此睡不著覺。暗物質是我們了解星系的關鍵 一環，但我們目前仍然不清楚它的本質。而了解星系如何形成是解開暗物質謎團的基礎。”
現在有一個大問題，那就是為什麼並非在每一個“暈”結構中都有星系形成？ 研究人員相信他們的模擬結果可以回答這一問題。 模擬過程清楚地顯示出為何存在於銀河係以及鄰近的仙女座大星系周遭的數百萬個“暈”結構中未能產生出星系。
模擬顯示那些原本可以用來形成星系的氣體物質在宇宙誕生初期的第一批恆星的高溫炙烤下被加熱或驅散，難以冷凝並形成恆星。 然而，那些形成時間較早的“暈”結構則成功地避開了這一問題，保存下足夠多的氣體物質並最終形成恆星和星系。 有關這項工作的內容最早是在前不久在英國朴茨茅斯由皇家天文學會主辦“全國天文學會議”上宣布的。 該研究由英國科學與技術設施委員會(STFC)以及歐洲研究委員會提供資助。
弗雷克表示：“我們已經了解到，絕大部分的暗物質暈與那少量的特殊案例有所不同，在後者的位置上形成了星系。由於我們的模擬工作，我們現在知道了，假如我們 目前有關暗物質的理論是正確的，那麼我們周遭的空間中就應該充斥著大量的這種未能產生星系的’暈’結構。或許天文學家們有朝一日會想到某種方法去識別出這些’暈’ 結構的存在。”
這項研究的第一作者，同樣來自杜倫大學計算宇宙學研究所的蒂爾·薩瓦拉(Till Sawala)博士則認為這項研究是首次對我們所在本星系群的演化模擬。 本星系群是包括銀河係以及仙女座大星系在內，由大約54個星系共同組成的巨大星系群結構。
薩瓦拉表示：“在這項模擬中我們所看到的是一個宇宙’烏龍球’。我們已經知道第一批恆星的強大輻射加熱導致星系際氣體被加熱到溫度超過太陽表面。在那之後， 由於溫度太高，氣體難以凝結，恆星誕生的難度大大增加，這就讓那些’暈’結構內難以有星系形成。我們的研究顯示宇宙加熱並非僅僅簡單的是一項只有少數贏家的樂透抽獎 活動，與此相反，這是一次嚴格的篩選過程——只有那些生長足夠快的’暈’結構才有機會產生星系。”
而對於本星系群的詳細研究則正是‘鷹’模擬項目在更大層面上的計劃，目前正在由來自英國杜倫大學以及荷蘭萊頓大學的宇宙學家們進行