高精度模擬解開球狀星團起源之謎

科技日報記者 張夢然

幾個世紀以來，天文學家一直對宇宙中最古老、最密集的恆星系統之一——球狀星團的起源感到困惑。如今，由英國、美國、瑞典等多國科學家組成的團隊發表於最新一期《自然》雜誌的研究，通過高精度模擬終於解開了這一謎題，並意外發現了一類此前未知的恆星系統。該研究為理解星系形成、暗物質本質以及宇宙早期演化開闢了全新路徑。

球狀星團是由數十萬到數百萬顆恆星組成的密集星羣，它們圍繞銀河系等星系運行，其恆星在年齡和化學成分上高度一致，且未顯示出暗物質存在的跡象。這些特徵自17世紀被發現以來，其形成機制引發激烈爭論。

此次，團隊利用英國DiRAC國家超級計算機設施，運行了名為EDGE的虛擬宇宙模擬項目，耗時數年，追溯了宇宙138億年的演化歷史。該模擬以前所未有的10光年分辨率，首次在虛擬環境中即時重現了球狀星團的形成過程。結果顯示，球狀星團可以通過至少兩種不依賴暗物質的機制形成，為這一百年難題提供了關鍵解答。更令人驚喜的是，他們還在其中發現了一類全新的天體——“球狀星團狀矮星”。

這類新天體在外觀上與傳統球狀星團極為相似，但其內部卻含有大量暗物質，其性質介於球狀星團與矮星系之間。由於以往望遠鏡觀測可能將其誤認為普通球狀星團，這類天體很可能早已被發現卻未被正確識別。例如，銀河系已知的“超微弱”矮星系網狀星系Ⅱ，就可能是此類候選體。

英國薩里大學天體物理學系主任賈斯汀·裏德教授指出，EDGE項目的目標是構建宇宙中最小星系最真實的演化模型，既能追蹤138億年的宏大歷史，又能放大到單顆恆星爆炸的細節。雖然在DiRAC超級計算機上運行耗時數年，但成果極為豐碩。

這一發現具有深遠意義。如果球狀星團狀矮星被後續觀測證實，它們將成為研究暗物質特性的獨特實驗室，同時也可能是搜尋宇宙第一代恆星的最佳場所。

總編輯圈點

超級計算機工作了幾年，才得以一窺球狀星團的奧妙。球狀星團是宇宙中古老且緻密的恆星集團，由數十萬甚至上百萬顆恆星組成，且內部沒有暗物質存在的跡象。科研人員通過高精度宇宙學模擬發現，球狀星團主要通過兩種途徑形成。同時，他們還意外發現了“球狀星團狀矮星”的存在，這一系統內部含有大量暗物質。也就是説，同樣的模擬，可以解釋含有暗物質的矮星和沒有暗物質的星團的形成，這對解釋宇宙起源和進一步研究暗物質意義重大。