“天河二号”模拟出宇宙暗物质和中微子演化进程

由北京大学科维理天文与天体物理研究所博士后于浩然与北京师范大学天文系教授张同杰等组成的科研团队，利用我国“天河二号”超级计算机完成了3万亿粒子数的N体数值模拟，揭示了宇宙大爆炸1600万年之后至今约137亿年的暗物质和中微子的演化进程。该模拟首次发现了中微子在宇宙结构中的凝聚效应，开辟了一条独立测量中微子质量的道路。该研究发表在6月5日出版的《自然·天文学》上。

中微子是自然界中的基本粒子之一。它在宇宙大爆炸约1秒钟后与其他等离子体物质退耦，形成看不见的宇宙背景。目前的物理实验和天文观测都无法精确测量中微子的质量。

暗物质是宇宙的主要物质构成。该研究团队用3万亿粒子模拟宇宙中的中微子、暗物质的分布和演化，并发现中微子质量可以通过宇宙中含有不同中微子丰度的区域中星系的特性来测量。相对于“贫”中微子区域，在“富”中微子区域，更多的中微子被大质量暗物质结构俘获。这种凝聚效应导致暗物质结构的质量函数的改变，最终导致星系的特性发生变化，为宇宙学观测开辟了一条独立测量中微子质量的道路。

大规模宇宙学数值模拟依赖具有强大计算和存储能力的超级计算机。该N体数值模拟于2015年初在“天河二号”上完成。其模拟粒子数超过美国Mira超级计算机进行的模拟，创造了新的世界纪录。该研究成果的第一作者于浩然博士介绍说，N体数值模拟中的粒子数犹如摄像机的像素。“粒子数越多，就好比摄像机的分辨率越高，越能清晰地‘还原’宇宙演化历史，降低中微子‘泊松噪声’的影响。”（记者 徐玢）