صورة محاكاة توضح توزيع المادة في الكون. حقوق الصورة: MPG. اضغط للتكبير.
أصدر اتحاد Virgo ، وهو مجموعة دولية من علماء الفيزياء الفلكية من المملكة المتحدة وألمانيا واليابان وكندا والولايات المتحدة الأمريكية اليوم (2 يونيو) النتائج الأولى من أكبر محاكاة وأكثرها واقعية على الإطلاق لنمو البنية الكونية وتكوين المجرات و النجوم الزائفة. في ورقة بحثية نشرت في Nature ، يوضح اتحاد Virgo كيف يمكن لمقارنة هذه البيانات المحاكاة بمسوحات الرصد الكبيرة أن تكشف عن العمليات الفيزيائية الكامنة وراء بناء المجرات الحقيقية والثقوب السوداء.
استخدمت "محاكاة الألفية" أكثر من 10 مليارات من جزيئات المادة لتتبع تطور توزيع المادة في منطقة مكعبة من الكون على مدى 2 مليار سنة ضوئية على جانب. احتفظت بالحاسوب العملاق الرئيسي في مركز الحوسبة الفائقة التابع لجمعية ماكس بلانك في جارشنج بألمانيا المحتلة لأكثر من شهر. من خلال تطبيق تقنيات النمذجة المتطورة على 25 تيرابايت (25 مليون ميغابايت) من المخرجات المخزنة ، يتمكن علماء برج العذراء من إعادة إنشاء التاريخ التطوري لما يقرب من 20 مليون مجرة تملأ هذا الحجم الهائل ولثقوب سوداء فائقة الضخامة يُنظر إليها أحيانًا على أنها أشباه النجوم في قلوبهم .
كانت التلسكوبات الحساسة للموجات الدقيقة قادرة على تصوير الكون مباشرة عندما كان عمره 400000 عام فقط. كان الهيكل الوحيد في ذلك الوقت هو تموجات ضعيفة في بحر منتظم من المادة والإشعاع. تحول التطور المدفوع بالجاذبية فيما بعد هذه التموجات إلى هيكل غني للغاية نراه اليوم. هذا النمو هو الذي صمم محاكاة الألفية ليتبعه ، مع هدفين مزدوجين للتحقق من أن هذا النموذج الجديد للتطور الكوني يتماشى بالفعل مع ما نراه ، واستكشاف الفيزياء المعقدة التي أدت إلى المجرات وثقوبها السوداء المركزية .
تُظهر التطورات الحديثة في علم الكونيات أن حوالي 70 بالمائة من كوننا يتألف حاليًا من الطاقة المظلمة ، وهو حقل قوة غامض يتسبب في توسعه بسرعة أكبر. يبدو أن ربعها تقريبًا يتكون من مادة Dark Dark ، وهو نوع جديد من الجسيمات الأولية التي لم يتم اكتشافها مباشرة على الأرض. يتكون حوالي 5 في المائة فقط من المادة الذرية العادية التي نعرفها ، ومعظمها يتكون من الهيدروجين والهيليوم. يتم التعامل مع جميع هذه المكونات في محاكاة الألفية.
في مقال الطبيعة ، يستخدم علماء برج العذراء محاكاة الألفية لدراسة النمو المبكر للثقوب السوداء. اكتشف Sloan Digital Sky Survey (SDSS) عددًا من النجوم الزائفة البعيدة جدًا والمشرقة جدًا والتي يبدو أنها تستضيف ثقوبًا سوداء على الأقل مليار مرة أكبر من الشمس في وقت كان فيه الكون أقل من عُشر عمره الحالي.
يقول الدكتور فولكر سبرينجل (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية ، جارشنج) ، قائد مشروع الألفية والمؤلف الأول للمقالة: "يعتقد العديد من علماء الفلك أن من المستحيل التوفيق بين النمو التدريجي للبنية التي تنبأت بها الصورة القياسية". ، عندما جربنا نمذجة تشكيل المجرات والكوازارات ، وجدنا أن بعض الثقوب السوداء الضخمة تتشكل مبكرًا بما يكفي لتفسير هذه الكوازارات النادرة جدًا SDSS. تظهر مضيفي المجرات لأول مرة في بيانات الألفية عندما يبلغ عمر الكون بضع مئات الملايين من السنين فقط ، وحتى يومنا هذا أصبحوا أكبر المجرات الضخمة في مراكز أكبر مجموعات المجرات ".
بالنسبة إلى البروفيسور كارلوس فرينك (معهد علم الكونيات الحسابي ، جامعة دورهام) رئيس برج العذراء في المملكة المتحدة ، فإن الجانب الأكثر إثارة للاهتمام من النتائج الأولية هو حقيقة أن محاكاة الألفية تظهر لأول مرة أن الأنماط المميزة مطبوع عليها يجب أن يكون التوزيع في العصور المبكرة ومرئيًا مباشرةً في خرائط الموجات الدقيقة ، لا يزال موجودًا ويجب أن يكون قابلاً للكشف في التوزيع المرصود للمجرات. يقول البروفيسور فرينك: "إذا تمكنا من قياس اهتزازات الباريون جيدًا بما فيه الكفاية ، فإنهم سيزودوننا بقضيب قياس قياسي لتمييز تاريخ الهندسة والتوسع في الكون ، وبالتالي التعرف على طبيعة الطاقة المظلمة".
"تنتج هذه المحاكاة صوراً مذهلة وتمثل معلماً هاماً في فهمنا لكيفية تشكل الكون المبكر." قال الرئيس التنفيذي لـ PPARC البروفيسور ريتشارد واد. "محاكاة الألفية هي مثال رائع للتفاعل بين النظرية والتجربة في علم الفلك حيث يمكن استخدام أحدث الملاحظات للأشياء الفلكية لاختبار تنبؤات النماذج النظرية لتاريخ الكون."
لا تزال التطبيقات الأكثر إثارة للاهتمام وبعيدة المدى لمحاكاة الألفية تأتي وفقًا لما ذكره البروفيسور سيمون وايت (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية) الذي يرأس جهود برج العذراء في ألمانيا. "تزودنا حملات المراقبة الجديدة بمعلومات غير مسبوقة عن خصائص المجرات والثقوب السوداء والهيكل الواسع النطاق لكوننا" ، يلاحظ. "يجب أن تصل قدرتنا على التنبؤ بعواقب نظرياتنا إلى مستوى مطابق من الدقة إذا أردنا استخدام هذه الاستطلاعات بشكل فعال للتعرف على أصل وطبيعة عالمنا. محاكاة الألفية هي أداة فريدة من نوعها لهذا. إن التحدي الأكبر الذي يواجهنا الآن هو جعل قوتها متاحة للفلكيين في كل مكان حتى يتمكنوا من إدراج نماذج مجراتهم وتشكيل الكوازارات الخاصة بهم من أجل تفسير استطلاعات الرصد الخاصة بهم. "
المصدر الأصلي: بيان صحفي PPARC
