大学建筑星系
就这样，天文学家们发明并检验了一个又一个新的星系形成理论。UA Steward天文台助理教授Peter Behroozi和研究团队克服了这一障碍，在一台超级计算机上生成了数百万个不同的宇宙。每个宇宙都遵循不同的物理理论来解释星系应该如何形成。这一发现发表在《皇家天文学会月刊》上，挑战了暗物质在星系形成、星系如何随时间演化以及恒星如何诞生中发挥作用的基本观点。
这项研究的主要作者莫妮卡·贝鲁奇说:在计算机上，可以创造出许多不同的宇宙，将模拟的宇宙与实际的宇宙进行比较，可以推断出是哪些规律造就了我们今天看到的真实宇宙。这项研究是第一个创建宇宙的自洽研究。这些模拟宇宙是真实宇宙的精确副本:
每一次计算机模拟都代表了真实宇宙的相当一部分，包括6.5438+02亿个星系，时间跨度从大爆炸后的4亿年到今天。每个模拟宇宙都经过了一系列测试，以评估模拟宇宙中出现的相似星系与真实宇宙相比如何。
最相似的模拟宇宙具有相似的基本物理规律，这为研究星系形成提供了有力的新方法。“宇宙机器”的研究成果，正如作者所说，有助于解决一个长期存在的悖论，即为什么星系即使保留了大量的氢(恒星形成的原料)，也会停止形成新的恒星。关于星系如何形成恒星的一般观点涉及到冷气体在引力的作用下坍缩成致密的小块，这产生了恒星之间复杂的相互作用，而其他过程则抵消了恒星的形成。
例如，人们认为大多数星系的中心都存在超大质量黑洞，落入这些黑洞的物质会释放出巨大的能量，就像宇宙喷灯一样，阻止气体冷却到足以坍缩成恒星托儿所。同样，在超新星爆发中结束生命的恒星也参与了这一过程。暗物质也扮演着重要的角色，因为它提供了作用于星系中可见物质的大部分引力，从星系周围吸入冷气体，并在这个过程中将其加热。随着我们回归宇宙的时间越来越早，预计暗物质的密度会越来越大，所以气体会越来越热。
这不利于恒星的形成，因此研究人员认为，早期宇宙中的许多星系早就应该停止形成恒星了。但是发现了相反的情况:一定规模的星系更容易以更高的速度形成恒星，这与预期相反。为了与实际星系的观测相匹配，研究团队必须创建相反的虚拟宇宙，在这个虚拟宇宙中，星系在长得多的时间内持续产生大量的恒星。另一方面，如果研究人员根据当前的星系形成理论(宇宙中的星系在早期停止形成恒星)创造宇宙，这些星系看起来比天文学家在天空中看到的星系要红得多。
星系呈现红色有两个原因。第一种现象在自然界很明显，与星系的年龄有关。如果星系是在宇宙历史早期形成的，它们会以更快的速度远离地球，并将光转换成红色光谱。天文学家称这种效应为红移。另一个原因是内在的:如果一个星系已经停止形成恒星，那么星系中蓝星的数量就会减少，蓝星通常会死得更快，只留下更老更红的恒星。
但我们不这么看。如果星系的行为和我们想象的一样，并且更早地停止形成恒星，那么真实的宇宙就会被“涂上”完全错误的颜色。换句话说，星系在早期形成恒星的效率高于预期。这表明超大质量黑洞和爆炸恒星产生的能量效率低于理论预测。因此，创建一个前所未有的复杂模拟宇宙需要一种新的方法，不受计算能力和内存的限制，提供足够的分辨率，从“小”的物体(如超新星)到哈勃体积中相当大的区域。
模拟一个星系需要10的48次方计算，这是地球上所有计算机一百年都做不到的。所以，仅仅是模拟一个星系，更不用说1200万个星系了，但是为了做到这一点，我们必须使用不同的方法。除了使用德国美国国家航空航天局艾姆斯研究中心和莱布尼茨-赖欣茨中心的计算资源，该团队还使用了UA高性能计算集群中的“Ocelote”超级计算机。超过2000个处理器在三周内同时处理数据。在这个研究项目中，超过800万个不同的模拟宇宙被创建和模拟。
科学家利用过去20年的天文观测数据，将观测数据与模拟创造的数百万个模拟宇宙进行对比。已经收集了成千上万条信息，看哪一条匹配。模拟的宇宙看起来对吗？如果不匹配，研究人员会回去修改并再次检查，直到匹配为止。为了进一步了解星系是如何形成的，研究小组计划扩展“宇宙机器”项目，包括单个星系的形状及其形状如何随时间演变。