气体在一小片宇宙区域内运动最终变成星系。TNG合作组织
最近，一个国际科研小组使用超级计算机，模拟了一块宽度为2.3亿光年的宇宙中数万个星系的演化。这是一次有史以来细节最为丰富的大尺度宇宙模拟，其中的每一个星系都拥有各自的演化细节——这种精度的模拟我们以前只能在单一星系模拟中才能见到。模拟追踪的单元数量多达200多亿个，它们展现了暗物质、气体、恒星和超大质量黑洞在138亿年间的演化及相互影响的过程。
单一大型星系的形成。TNG合作组织
通过模拟我们可以直观地看到宇宙遥远的过去，可以看到今天姿态各异的星系是如何逐渐形成的，也可以看到恒星爆发和黑洞推动星系演化的方式（相关视频我们曾于今年初介绍过）。模拟结果将以两篇论文的形式发表在2019年12月的《英国皇家天文学会月刊》上。
为了完成此次模拟，研究人员动用了德国斯图加特Hazel Hen超级计算机的16000个处理器，持续运算了一年多。同样的计算任务交给单处理器系统需要运行15000年。
模拟结果显示，这个存在于计算机中的宇宙行为方式和实际观测所见几乎完全一致，就像是现实宇宙的翻版。而模拟中涌现出来的许多现象，对于科学家理解宇宙的演化十分重要。研究人员从中可以了解那些混沌的气体云是如何在宇宙诞生后不久就变成星系的，也可以了解那些盘状的星系是如何一点一点围绕超大质量黑洞长出旋臂、核球和棒状结构的。
我们还可以看到，随着星系的演化，超新星爆发和星系中心的超大质量黑洞开始生成高速的外流气体。这些来自星系中心的气体“喷泉”可以长达数万光年。但在星系引力的作用下，“喷泉”中的气体大部分又回到了星系盘面中，补充着星系外缘的物质。这种物质循环机制，既为星系制造新的恒星提供了物质，也改变了星系的结构，让星系变成扁平圆盘的过程得以加速。
单一椭圆星系的形成。TNG合作组织
参考：TNG50模拟的首个成果：恒星和气体盘在宇宙时间尺度内的演化（First results from the TNG50 simulation: the evolution of stellar and gaseous discs across cosmic time），https://academic.oup.com/mnras/article/490/3/3196/5566345
视频：https://www.tng-project.org/media/
