高精度模拟解开球状星团起源之谜

科技日报记者 张梦然

几个世纪以来，天文学家一直对宇宙中最古老、最密集的恒星系统之一——球状星团的起源感到困惑。如今，由英国、美国、瑞典等多国科学家组成的团队发表于最新一期《自然》杂志的研究，通过高精度模拟终于解开了这一谜题，并意外发现了一类此前未知的恒星系统。该研究为理解星系形成、暗物质本质以及宇宙早期演化开辟了全新路径。

球状星团是由数十万到数百万颗恒星组成的密集星群，它们围绕银河系等星系运行，其恒星在年龄和化学成分上高度一致，且未显示出暗物质存在的迹象。这些特征自17世纪被发现以来，其形成机制引发激烈争论。

此次，团队利用英国DiRAC国家超级计算机设施，运行了名为EDGE的虚拟宇宙模拟项目，耗时数年，追溯了宇宙138亿年的演化历史。该模拟以前所未有的10光年分辨率，首次在虚拟环境中实时重现了球状星团的形成过程。结果显示，球状星团可以通过至少两种不依赖暗物质的机制形成，为这一百年难题提供了关键解答。更令人惊喜的是，他们还在其中发现了一类全新的天体——“球状星团状矮星”。

这类新天体在外观上与传统球状星团极为相似，但其内部却含有大量暗物质，其性质介于球状星团与矮星系之间。由于以往望远镜观测可能将其误认为普通球状星团，这类天体很可能早已被发现却未被正确识别。例如，银河系已知的“超微弱”矮星系网状星系Ⅱ，就可能是此类候选体。

英国萨里大学天体物理学系主任贾斯汀·里德教授指出，EDGE项目的目标是构建宇宙中最小星系最真实的演化模型，既能追踪138亿年的宏大历史，又能放大到单颗恒星爆炸的细节。虽然在DiRAC超级计算机上运行耗时数年，但成果极为丰硕。

这一发现具有深远意义。如果球状星团状矮星被后续观测证实，它们将成为研究暗物质特性的独特实验室，同时也可能是搜寻宇宙第一代恒星的最佳场所。

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超级计算机工作了几年，才得以一窥球状星团的奥妙。球状星团是宇宙中古老且致密的恒星集团，由数十万甚至上百万颗恒星组成，且内部没有暗物质存在的迹象。科研人员通过高精度宇宙学模拟发现，球状星团主要通过两种途径形成。同时，他们还意外发现了“球状星团状矮星”的存在，这一系统内部含有大量暗物质。也就是说，同样的模拟，可以解释含有暗物质的矮星和没有暗物质的星团的形成，这对解释宇宙起源和进一步研究暗物质意义重大。