星系并不总是离群独居的，在足够长的时间以及引力作用下，两个星系会发生碰撞并并合；而在此过程中挤压出的气体云将成为孕育新恒星的摇篮。但是计算机――甚至是巨型计算机――都几乎无法模拟出令人满意的结果。目前的挑战在于对多天体的处理，其中包括预设的两个星系中的天体数目以及相互之间的引力形式。为了解决这一问题，日本国家天文台计算天体物理中心建造了GRAPE专用超级计算机，旨在量身订制以模拟星系间上亿个质点的相互引力作用。期间，日本天文学家斋藤隆行使用他设计的软件和GRAPE―7系统在模拟两个为银河系十分之一的星系碰撞；而天文学家兼可视化专家隆明武田，则根据数值模拟的结果来制作星系碰撞的动画片。在一次电子邮件通信中，斋藤隆行和隆明武田向《美国科学家》杂志副主编凯瑟琳·克拉比（Catherine Clabby）详细介绍了GRAPE超级计算机，以及他们正在从事的这项工作。
星系并合模拟图
克拉比：在模拟星系的碰撞中，是否其他计算机无法做到而GRAPE能够做到，是吗？
斋藤隆行：GRAPE计算机可提供大量针对自引力的计算能力。实际上，与通常的中央处理器相比，GRAPE的计算速度要快1——2个量级。在星系并合的模拟中，通过GRAPE我们在计算中获得了较大的性能增益，提高了模拟的速度。我们模拟了1亿个粒子，其数目是普通计算机的1000倍。为什么要增加粒子的数目？因为粒子的数目越多，我们就会获得越多有关并合星系的信息。
克拉比：和先前的其他模拟相比，GRAPE的最大不同是什么？
斋藤隆行：在一定温度范围内，我们在星系并合模拟中首次加入了实际的气体。结果，我们成功地再现了两个星系相遇时激波诱发的星暴（短期内增强恒星形成的一个区域，这是星系并合中所预言的结果。在先前的模拟中从未得到过该结果）。除了激波诱发的星暴之外，我们还在两个星系之间找到了许多星团，这也是首次在相互作用星系中对星团形成过程的直接探测。起初得到这个结果着实令我们为之一震，目前我们正在利用掌握的一些线索开展星系并合中星团形成机制的研究。
克拉比：由数值模拟结果而制作的星系碰撞动画中，什么最令您震惊？
隆明武田：当播放第一个动画时，令我印象深刻地是随着星系距离的接近和挤压，出现了一个致密气体区域并进而演化，看似正在沸腾。我们知道，人类的视角要受到诸如色彩或密度增强等可视化参数的影响。然而，这个动画向我们呈现了物质运动的许多信息以及增进了对星系碰撞的了解。致密区域形成于两个星系的边缘，并且这些激波区域是十分复杂的。当我将这个动画发送给斋藤隆行时，他说：“天呐，我们能在这些激波区域看到星团的形成，你能将这些星团放大吗？”当我用近景摄影机重新制作了一个新的动画时，星系形成过程变得更加清晰了！
克拉比：在动画中看到星团形成这件事给您带来了什么启迪？
斋藤隆行：当看到动画中所呈现的星团形成时，我第一反应是“这些星团是怎么形成的？”现在，我正在对这个问题慎思明辨。此外，如果星团形成发生在激波区域内，那么对于星团形成而言最重要的是碰撞参数（即星系盘之间的一个角度）吗？现在，我和同事们在一个宽泛的参数范围内进行模拟，证明了当两个星系相遇时，如果星系盘之间的倾角很大，并没有发现增加恒星形成的过程，此外也没有出现星团的形成。
克拉比：最终，日本国家天文台至少会将这个动画的一部分在互联网上公布（以前已经向大众展示了几个画面）。向大众展示的目的是什么？
隆明武田：为了理解观测数据和计算机模拟，可视化图像或者动画是一个非常有用的研究手段。鉴于动画的生动性、易懂性，因此它也是向大众呈现近期研究结果的最佳方式。可视化动画不但教会天文学家需要深入研究的是什么，而且还告诉我们要了解宇宙的神秘，天文学家要做的是什么。
资料来源 American Scientists
责任编辑 则 鸣