在追求了解宇宙進化的過程中，科學家們依靠雙管齊下的方法。利用先進的儀器，天文勘測試圖將目光投向越來越遠的太空（以及回到過去），以研究宇宙的最早時期。同時，科學家們創建模擬，試圖根據我們對物理學的理解來模擬宇宙的演變過程。當兩者相匹配時，天體物理學家和宇宙學家就知道他們走在了正確的道路上。

近年來，使用越來越複雜的超級計算機進行了越來越詳細的模擬，產生了越來越精確的結果。最近，由赫爾辛基大學領導的一個國際研究小組進行了迄今為止最精確的模擬。這些模擬被稱為SIBELIUS-DARK，準確地預測了從大爆炸到今天我們這個宇宙角落的演變。

除了赫爾辛基大學之外，該團隊還包括來自達勒姆大學計算宇宙學研究所（ICC）和河外天文學中心、萊頓大學洛倫茨理論物理研究所、巴黎天體物理研究所和斯德哥爾摩大學奧斯卡-克萊因中心的研究人員。該團隊的成果發表在《皇家天文學會月刊》上。

SIBELIUS-DARK模擬的圖片

這個模擬是作為”局部宇宙之外的模擬”（SIBELIUS）項目的一部分進行的第一項研究，使用DiRAC COSmology MAchine（COSMA）進行，這是一個由ICC運營的分佈式計算機網絡。該模擬涵蓋了距離地球6億光年的空間體積，並由超過1300億個模擬”粒子”表示，這需要數千台計算機數週的時間來製作。

該團隊使用已知的物理學來描述暗物質和宇宙氣體在宇宙歷史上是如何演變的。具體來說，他們試圖確定我們今天觀察到的情況是否與宇宙學的標準模型–冷暗物質（CDM）模型一致。在過去的幾十年裡，天體物理學家們用這個模型來解釋宇宙微波背景（CMB）的特性和我們今天看到的星系的數量和空間分佈。

之前的CDM模擬通常是對宇宙的隨機斑塊進行建模，與我們今天觀察到的情況相似。通過使用先進的生成算法，這些模擬有條件地再現了我們特定的宇宙碎片。這使研究小組能夠看到他們的模擬是否再現了天文學家幾十年來觀察到的銀河系附近的當今結構。

在將他們創建的虛擬宇宙與一系列的觀測調查進行細緻的比較後，他們發現，模擬與室女座、後發座和英仙座星系團、”長城”和”局部虛空”等結構的位置和屬性相匹配。最重要的是，在模擬的中心是天文學家們最重要和最熟悉的兩個結構：銀河系和鄰近的仙女座星系的虛擬對應物。

在模擬的最中心是銀河系（MW）和我們最近的大質量鄰居，仙女座星系（M31）

正如共同作者卡洛斯-弗倫克教授（ICC基礎物理學的奧格登教授）所解釋的那樣。

“看到我們所知道的存在於我們周圍的熟悉的結構從計算機計算中出現，這令人無比興奮。模擬結果簡單地揭示了在我們宇宙存在的137億年中，物理定律作用於暗物質和宇宙氣體的後果。

“我們能夠重現這些熟悉的結構，為標準的冷暗物質模型提供了令人印象深刻的支持，並告訴我們，我們在理解整個宇宙演變的正確軌道上。”

另一個有趣的發現是，由於大規模的”物質密度不足”，預測我們這塊宇宙的星系平均較少。雖然這與CDM模型並不矛盾，但它可能會對天體物理學家解釋觀察到的星系調查產生影響。共同作者萊頓大學的馬修-沙勒博士說。”這些模擬表明，標準的冷暗物質模型可以產生我們在附近看到的所有星系。這是對該模型通過的一個非常重要的測試。”

達勒姆大學前博士生、赫爾辛基大學現任博士後研究員斯圖爾特-麥卡爾平博士補充說：”通過模擬我們看到的宇宙，我們離了解我們宇宙的本質又近了一步。這個項目在幾十年的理論和天文觀測之間提供了一座重要的橋樑”。

展望未來，國際團隊計劃進一步分析該模擬，希望為CDM模型提供進一步嚴格的測試。