当前的宇宙学理论能否解释宇宙是如何演化的？找出答案的一种方法是将我们所知的关于早期宇宙以及星系如何形成的一切都输入到超级计算机中，看看会得到什么。在今天发表在《自然》杂志上的一项模拟中，研究人员正是这样做的——并揭示了一个看起来很像我们自己宇宙的宇宙。这些发现为宇宙学的标准模型增添了分量，但也可能帮助物理学家探究我们的星系形成模型在哪些方面存在不足。
麻省理工学院（位于剑桥）的物理学家马克·沃格尔斯伯格和他的同事创建了一个宇宙模型，该模型追踪了可见物质和暗物质从大爆炸后仅1200万年开始的演化过程（见视频）。虽然之前的模型要么小而精细，要么大而粗略，但这次模拟覆盖了足够大的空间区域，足以代表整个宇宙——一个边长为106.5百万秒差距（3.5亿光年）的立方体——但又足够精细，可以分辨出小规模结构，例如单个星系。与之前的模拟不同，它产生了与观测结果非常吻合的星系形状混合物。它还准确地再现了宇宙中星系团和中性气体的大尺度分布，以及星系的氢和重元素含量。
沃格尔斯伯格说，模拟的成功归功于其改进的算法，以及其计算包含了丰富的物理学内容，例如超大质量黑洞的形成及其对其环境的影响。这个名为 Illustris 的模型需要巨大的计算能力：即使在最先进的台式计算机上运行也需要近 2000 年，他补充道。即使在超过 8,000 个处理器上运行，模拟仍然花费了几个月的时间。
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标准成功
马德里自治大学的天体物理学家克里斯·布鲁克说，之前的模型甚至难以正确获得星系最基本的属性，他使用模拟研究星系形成。目前尚不清楚失败是由于星系形成建模问题，还是物理学家的大爆炸宇宙学标准模型的潜在问题造成的，在该模型中，宇宙中只有 4% 是普通物质，23% 是暗物质，73% 是暗能量。
直到最近几年，才有可能使用该模型来模拟与一系列观测到的属性相匹配的星系。布鲁克说，沃格尔斯伯格及其同事的模型再现了真实宇宙中看到的各种星系类型，这使标准模型的基础更加稳固。他补充说，从现在开始，这种模拟将变得更加有用，可以预测和解释观测结果。
尽管该模型与宇宙观测结果非常吻合，但它确实存在异常现象。例如，它显示低质量星系形成得太早。“现在的想法是尝试理解为什么会发生这种情况，并看看我们在星系形成方面遗漏了什么，”沃格尔斯伯格说。