
10月初,芝加哥大学天体物理学家哈雷·卡茨团队,在《开放天体物理杂志》一口气发了六篇论文。
超级计算机跑了三年,干成一件事:把宇宙诞生后1.8亿年到20多亿年那段"黑历史",第一次算得这么细。项目名叫"威震天"(MEGATRON),讲的是银河系。
结论有点颠覆:今天转得整整齐齐的银河盘,当年不是一团慢慢长大的气体,而是几千个小星系打成一团拼出来的。有的疯狂造星,有的只剩死星和黑洞,有的连一颗星都没有,却还在发光。
好比今天的上海,当年也是几千个渔村、码头、小镇,拆拆拼拼才连成一片。
问题是这事看不见。宇宙黎明的光太远太弱,望远镜够不着。科学家只能反过来干:把引力、气体、辐射、化学反应写进程序,在计算机里造一个宇宙,让它自己演化几十亿年。
这次不一样在细。以前模拟像粗筛子,元素"平均撒一把";这回第一次算到单颗恒星头上——这颗星炸了,喷出多少铁、多少氧,飘到哪,被谁吸走。
一个老谜题因此解开:小星系的铁含量一直卡在固定值上,跟个头无关。原因是第一代恒星全身只有氢和氦,爆炸时产的铁特别多。大星系引力大,铁留得住;小星系留不住,全跑了,所以卡在下限。

▲ 借助强大的超级计算机,科学家创建了一个大规模模拟,展示了银河系在很久以前可能呈现的样子——热气体冷却、凝聚成恒星并反复爆炸的混乱演化过程。紫色表示热气体;白色是来自恒星的紫外线辐射;黄色是发光的热氧原子。图片来源:Harley Katz/MEGATRON Collaboration
他们还预测出一种更邪门的东西:没有恒星,却还在发光。这些都得等韦布望远镜实拍验证。
这事不只是天文。
美国的路子很清楚:韦布望远镜每年烧几十亿美元,死盯宇宙黎明;能源部超算Frontier、Aurora负责把宇宙算出来。看得见的归望远镜,看不见的归超算,两边互相校对。
欧洲的"欧几里得"望远镜2023年上天,专画宇宙三维地图;老牌的EAGLE、Illustris模拟也是欧洲人开的头。日本斯巴鲁望远镜蹲在夏威夷山顶,专找最远的星系。
说白了,谁先把宇宙演化算准,谁就握住从数据里反推真相的解释权。
那中国在哪?
观测端,我们这几年突然起势。
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▲ 这张图像展示了我们的星系在120亿年前可能呈现的样子。尽管当时还很年轻,这个星系可能已经形成了像我们今天所见那样的旋转盘,并含有大量重元素和尘埃。南北两侧的光带是两个星系发生巨大碰撞后留下的遗迹,这次碰撞留下了一条恒星尾迹。图片来源:Harley Katz/MEGATRON Collaboration
贵州500米口径"中国天眼"FAST,全球最灵敏射电望远镜,已扫出上千颗脉冲星。郭守敬望远镜LAMOST光谱数早破世界纪录,两千多万条,全球天文学家都在用。
中国空间站巡天望远镜正在研制,2米口径,视场是哈勃三百多倍——哈勃拍一张的时间,它能拍几百张。SKA射电望远镜,中国是主要成员国,中频天线反射面板很大一部分是我们做的。天上还有悟空号、慧眼、爱因斯坦探针在值班。
但模拟这一头,得说实话:差一截。
元股证券:ygzq.hk不是算力不够,神威、天河都拿过世界第一。差的是软件生态和人。
"威震天"这种项目,十几个博士博士后,一台超算烧三年,改代码、改物理、改算法,最后拆成六篇论文。长期养一支队伍、长期烧一台机器的耐心,我们还在补课。上海天文台、国家天文台、中科大、北大追得很紧,论文不少,但被全世界当标准参考模型的国产模拟,还没有。
一句话:观测端我们第一梯队,模拟端并跑偏追赶。观测端的领先,恰好是给模拟端最好的喂料。
看着是星星,背后是一整套硬功夫:超大规模并行计算、辐射输运、化学反应网络。换个场景,就是核聚变等离子体模拟、气象预报、高超声速流体,还有核武器不用实爆的数值验证。
下一次,谁能接住韦布、罗曼和中国巡天砸来的海量数据,谁就写下下一版宇宙史。

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