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天文学家人工智能 绘制宇宙结构和动力系统(图)

http://www.kexue.com 2012-09-28 09:12:45 搜狐科学  发表评论

计算机模拟图像显示本星系群随机分布的星系。
计算机模拟图像显示本星系群随机分布的星系

本星系群的星系的时空分布位置示意图。
本星系群的星系的时空分布位置示意图

  据国外媒体9月26日报道,德国天文学家近日开发了一种基于人工智能的新型算法,在该技术的帮助下,他们以前所未有的精确性绘制和解释了环绕在我们周围的宇宙结构和动力学系统。此项研究成果的报告发表在了最新一期的《皇家天文学协会月刊》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。

  在以前,科学家们总是使用大型望远镜来扫描天空,为千千万万的星系绘制坐标和测算距离,以此来构造出大范围的宇宙结构图。但是由于宇宙中分布的大量星系形成了复杂的“宇宙网”,而且星系之间还分布着相互连接的细丝和大片的真空区域,因此天文学家很难解释所观测到的分布情况。

  据悉,宇宙中具有如此丰富的结构的驱动力是万有引力。万有引力的来源由两部分组成:首先,宇宙中5%由“正常”物质组成,这些物质构成了恒星、行星、尘埃和其它可见的物质;其次,宇宙中23%是由不可见的“暗物质”构成。除此之外,构成宇宙72%的是神秘的“暗能量”。宇宙学标准模型Λ-冷暗物质(Lambda-Cold Dark Matter)模型描述了构成宇宙的这三种成分。

  天文学家通过测量宇宙大爆炸的余热来确定包括银河在内的本星系群( Local Group)的动态演化。据悉,这种余热是大约在137亿年前宇宙大爆炸之后发出并散布在宇宙空间中的电磁辐射,被称作“宇宙微波背景辐射”。天文学家试图通过对我们周围物质的分布状况及其相互间的万有引力来研究这种动态演化,但因无法绘制同一区域内“暗物质”而受到制约。

  为了解决这个问题,德国莱布尼茨天体物理学研究所( Leibniz Institute for Astrophysics)的科学家弗朗西斯科•西萨拉领导的研究团队开发了一种新的人工智能算法,其依据宇宙微波背景辐射并可观察到宇宙密度波动的影响,从而显示出从137亿年前的宇宙大爆炸时期至目前星系的演化过程。在人工智能算法的帮助下,他们凭借前所未有的精确度推演本星系群在宇宙大尺度结构的物质分布上所产生的影响。

  弗朗西斯科•西萨拉博士说:“我们的精确计算结果显示了本星系群中80%星系的运动速度。本星系群中的星系包括银河系、仙女座大星系等。通过对本星系群中星系运行速度的比较,如仅距离250万光年远的仙女座大星系,科学家发现了在遥远距离上物质的分布情况对靠近银河系星系群的影响程度。我们的研究成果也符合Λ-冷暗物质模型的预测,为了解释星系剩余的20%速度,我们需要考虑在4.6亿光年之外的宇宙物质对本星系群所产生的影响,但目前的数据对于如此超距离并不太可靠。尽管如此,我们的预测模型还是向前迈进了一大步,新的人工智能算法可看到星系分布与运动之间的密切关系,并能够研究宇宙大尺度结构是如何产生的。(尚力)

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