就像天体灯塔一样，遥远的类星体发出宇宙中最亮的光。它们发出的光比我们整个银河系还要多。光来自被超大质量黑洞吞噬时撕裂的物质。宇宙学参数是天文学家用来追踪大爆炸后数十亿年整个宇宙演化的重要数值约束。
类星体光穿过大爆炸后不久形成的、直径达 2000 万光年或以上的巨大中性氢气云，揭示了宇宙大尺度结构的线索。
利用类星体光数据，美国国家科学基金会 (NSF) 资助的德克萨斯高级计算中心 (TACC) 的 Frontera 超级计算机帮助天文学家开发了 PRIYA，这是迄今为止用于模拟宇宙大规模结构的最大的流体动力学模拟套件。
“我们创建了一个新的模拟模型来比较真实宇宙中存在的数据，”加州大学河滨分校天文学助理教授西蒙·伯德说。
Bird 和同事开发了 PRIYA，它从斯隆数字巡天 (SDSS) 的扩展重子振荡光谱巡天 (eBOSS) 中获取光学数据。他和同事在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》(JCAP)上发表了宣布 PRIYA 于 2023 年 10 月推出的工作。
“我们将 eBOSS 数据与具有不同宇宙学参数和不同宇宙初始条件(例如不同物质密度)的各种模拟模型进行比较，”伯德解释道。“你会找到最有效的一种方法，以及在不破坏数据和模拟之间的合理一致性的情况下，你可以与该方法相距多远。这些知识告诉我们宇宙中有多少物质，或者宇宙中有多少结构。”
PRIYA 模拟套件连接到同样由 Bird 共同开发的大规模宇宙学模拟ASTRID，用于研究星系形成、超大质量黑洞的合并以及宇宙历史早期的再电离期。PRIYA 更进一步。它采用 ASTRID 中发现的星系信息和黑洞形成规则，并更改初始条件。
“有了这些规则，我们就可以采用我们开发的匹配星系和黑洞的模型，然后我们改变初始条件，并将其与来自中性氢气 eBOSS 的莱曼-𝛼森林数据进行比较，”伯德说。
“莱曼-𝛼森林”得名于类星体光谱图上密集吸收线的“森林”，这些吸收线是由中性氢原子能级之间的电子跃迁产生的。“森林”表明了巨大的星际中性氢云的分布、密度和温度。更重要的是，气体的块状表明暗物质的存在，暗物质是一种尚未被看到的假设物质，通过观察到它对星系的牵引力可以明显看出。
PRIYA 模拟已被用来完善2023 年 9 月提交给 JCAP 的工作中的宇宙学参数，该工作由 Simeon Bird 及其加州大学河滨分校的同事 MA Fernandez 和 Ming-Feng Ho 撰写。
之前对中微子质量参数的分析与宇宙微波背景辐射(CMB)的数据不一致，宇宙微波背景辐射被描述为大爆炸的余辉。天文学家利用普朗克空间天文台的宇宙微波背景数据对中微子的质量进行严格限制。中微子是宇宙中最丰富的粒子，因此精确确定它们的质量值对于宇宙大尺度结构的宇宙学模型非常重要。
“我们通过模拟进行了新的分析，其规模比以前更大，设计也更好。早期与普朗克宇宙微波背景数据的差异消失了，取而代之的是另一种张力，类似于其他低红移大型结构测量中看到的情况，”伯德说。“这项研究的主要结果是确认 CMB 测量值和弱透镜效应之间的 σ8 张力存在于 200 亿年前的红移中。”
PRIYA 研究中的一个严格约束的参数是 σ8，它是 8 兆秒差距(即 260 万光年)尺度上的中性氢气结构的数量。这表明那里漂浮着暗物质团块的数量，”伯德说。
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