【宇宙學】聖塔芭芭拉星系團

林彥興

今天來跟大家分享一下小編前陣子的消遣。

藉由觀測星系的分布反推宇宙的基本參數，是宇宙學最重要的研究方法之一。但給定一組宇宙學參數（比如哈伯常數、暗物質暗能量的比例）之後，要怎麼知道星系會怎麼分布呢？這時往往就需要借助超級電腦進行模擬，才能得到精確的答案。

從 1980 年代開始，宇宙學家就開始廣泛的使用「宇宙學模擬 Cosmological Simulation」進行宇宙學研究。但可以想見，早期拓荒時代總是各路英雄百花齊放，不同團隊會使用不同的模擬程式進行研究。但你怎麼知道大家用的程式跑出來的結果都是正確的呢？

於是 1999 年，天文學家發表了「聖塔芭芭拉星系團比較計畫」，使用 12 種不同的宇宙學模擬程式，對同一個（最終會成長成一個星系團）的初始條件進行模擬，並比較最後的結果，從而測試這些模擬程式是否可靠。而這個聖塔芭芭拉星系團，就因此成為宇宙學模擬中的經典問題，可以用於測試新模擬程式的可靠度。

那有些讀者可能還記得小編前年有去把一款新的宇宙學模擬軟體 Gadget-4 載下來玩，其中的模擬範本就包含這個聖塔芭芭拉星系團。所以小編就可以改改參數，然後去跑出美美的動畫啦。動畫中大家就可以看到宇宙是如何從一片均勻，慢慢在重力的影響下塌縮形成宇宙網和星系團等結構。

Simulation with Gadget-4 and visualization with yt.

論文連結

The Santa Barbara Cluster Comparison Project: A Comparison of Cosmological Hydrodynamics Solutions. Robustness of Cosmological Simulations I: Large Scale Structure