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于浩然与其科研团队利用“天河二号”模拟中微子和宇宙演化并发现中微子凝聚效应
日期: 2017-06-14  信息来源: 科维理天文与天体物理研究所

北京大学科维理天文与天体物理研究所博士后于浩然与其科研团队利用我国“天河二号”超级计算机完成了3万亿粒子数的数值模拟“TianNu”,这是当今世界最大规模的N体数值模拟。“TianNu”利用“天河二号”超级计算机全系统的86%、13824个计算节点,运行约两个星期,模拟了冷暗物质(Cold Dark Matter)和中微子在宇宙年龄约137亿年的共同演化。从“TianNu”的数据中,于浩然团队发现了中微子向冷暗物质结构的凝聚效应(Differential Neutrino Condensation Effect),利用该效应科学家有望用当今和未来的星系巡天数据测量中微子的质量。该成果以于浩然为第一作者发表在2017年6月5日的期刊Nature Astronomy

N体问题是研究N个质点在引力相互作用下的动力学问题,在N>2时没有解析解,在N很大时需要利用计算机求得数值解。N体问题在天体物理、星系动力学、宇宙学的非线性问题中有广泛的应用。2015年于浩然团队在“天河二号”超级计算机上运行了N体数值模拟“TianNu”,粒子数量为3万亿,为当今世界上粒子数最多的宇宙大尺度结构N体数值模拟,创造了新的世界纪录。据于浩然博士介绍,之所以需要这样多的粒子,是因为中微子的速度弥散很大,不像宇宙中的冷暗物质容易形成结构,因此需要足够多的粒子来降低中微子分布的泊松噪声对模拟结果的影响。

图中展示了“TianNu”数值模拟的可视化结果,其中蓝白色的纤维结构为暗物质的分布,而橙色弥散状的“云”为中微子分布,并在大尺度上凝聚在冷暗物质结构上。图中被放大的两个子图分别展示了“中微子富”和“中微子贫”两个区域。该研究发现,在这两类区域中,中微子会导致星系团性质的不同,从而可作为探针来测量中微子的质量。此效应为宇宙学观测开辟了一条独立测量中微子质量的道路。

 
“TianNu”数值模拟可视化结果

该成果在《科技日报》2017年6月14日头版被报道。

编辑:江南


   
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