[導讀]最近，科學家完成了規模最大的宇宙學N體模擬。這一計算在相當於超過130億年的時間裏求解了超過3000億個粒子的引力相互作用，因此同時預言了宇宙中極大尺度和極小尺度上物質的分佈。

　　λCDM宇宙結構形成模型與很多觀測成功吻合。然而，該模型中主要成分，也就是所謂暗能量的本質仍舊是個謎。馬普天體物理所的科學家最近進行了迄今規模最大的宇宙結構形成計算機模擬。與新的觀測項目一道，它可能會幫助人們限制暗能量的特性，並解決現代宇宙學最重要的一道謎題。

　　在過去的20年中，宇宙學數值模擬在確立λCDM圖象作為描述可觀測宇宙可行模型地位的過程中發揮了決定性的角色，舉例來説，它們讓天文學家研究了標準模型不同方面對星系空間分佈的影響，這可以直接與觀測來比較，以證實或排除某個特定的模型。類似地，這樣的模擬是了解低紅移和高紅移宇宙的不可或缺的工具，原因是它們可以是唯一一條可以精確預言非線性宇宙結構形成産物的途徑。

　　千年-XXL模擬的質量密度場展示了模擬的z=0宇宙質量最大的星系暈。每張插圖都比前一張放大了8倍，邊長從4.1 Gpc減小到了8.1 Mpc。所有圖象都是8 Mpc厚度模擬區域的平面投影。

　　最近馬普天體物理所的科學家與室女座聯盟（Virgo consortium）合作，完成了規模最大的宇宙學N體模擬。這一計算在相當於超過130億年的時間裏求解了超過3000億個粒子的引力相互作用，因此同時預言了宇宙中極大尺度和極小尺度上物質的分佈。哪怕對於現今最強大的超級計算機來説，進行這樣的計算也是讓人生畏的挑戰。模擬需要相當於300年的CPU時間，使用了德國於利希（Juelich）超級計算機中心Juropa機器上超過12000個計算機核心以及30 TB的RAM。進行運算時，這台機器是世界上最強大的15台計算機之一。模擬生成了超過100 TB的數據。

　　新的模擬名為Millennium-XXL，在4.1 Gpc邊長的宇宙區域裏跟蹤了67203個粒子，以空前的體積和細節分辨出了大尺度結構。該模擬巨大的統計力量在上圖中得以展示，這張圖片是z=0區域最大尺度密度場和最大尺度星系團的投影。模擬結果被用於建立星系形成和演化的模型，提供了低紅移區域大約7億個星系的樣本，其分佈在圖2中説明。這讓人們可以對罕見天體如類星體和大質量星系團進行詳細的成團性研究。特別是星系和背景暗物質分佈的尺度相關關係以及所謂重子聲學共振（BAO，可以通過星系成團性功率譜來測量）的非線性演化第一次得以從完全物理的途徑解決。

　　千年-XX模擬預言的星系分佈。每個星系由一個球體來描繪，其亮度與尺度分別與預期恒星質量以及冷氣體盤的尺度相關。

　　這項工作預計對於了解新的觀測數據來説是至關重要的，後者的目標是通過測量狀態方程的紅移演化來為暗能量的本質提供線索。尤其值得一提的是，規模最大的星系巡天即將開展，它提供新發現的科研潛力不可估量。SDSSIII/BOSS或者PanSTARRS這樣的計劃已經開始以空前的細節巡視天空，大大提高了現有宇宙探針的精度。這些工作與新進行的模擬這樣的理論工作一道，可能會為標準λCDM宇宙結構形成模型帶來挑戰，也許甚至會發現新的物理。