صورة محاكاة توضح توزيع المادة في الكون. رصيد الصورة: ميلا في الغالون. اضغط للتكبير.
أصدر اتحاد برج العذراء ، 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 نُشرت في دورية Nature ، أظهر اتحاد العذراء كيف أن مقارنة مثل هذه البيانات المحاكاة بمسوحات الرصد الكبيرة يمكن أن تكشف عن العمليات الفيزيائية الكامنة وراء تراكم المجرات الحقيقية والثقوب السوداء.
استخدمت 'محاكاة الألفية' أكثر من 10 مليارات جسيم من المادة لتتبع تطور توزيع المادة في منطقة مكعبة من الكون تزيد عن ملياري سنة ضوئية على جانب. احتفظت بالحاسوب العملاق الرئيسي في مركز الحوسبة العملاقة التابع لجمعية ماكس بلانك في جارشينج بألمانيا لأكثر من شهر. من خلال تطبيق تقنيات النمذجة المتطورة على 25 تيرابايت (25 مليون ميغا بايت) من المخرجات المخزنة ، يستطيع علماء برج العذراء إعادة إنشاء التواريخ التطورية لما يقرب من 20 مليون مجرة تملأ هذا الحجم الهائل وللثقوب السوداء الهائلة التي يُنظر إليها أحيانًا على أنها كوازارات في قلوبهم .
تمكنت التلسكوبات الحساسة للموجات الدقيقة من تصوير الكون مباشرة عندما كان عمره 400000 عام فقط. كان الهيكل الوحيد في ذلك الوقت عبارة عن تموجات ضعيفة في بحر موحد من المادة والإشعاع. تحول التطور المدفوع بالجاذبية في وقت لاحق هذه التموجات إلى بنية غنية للغاية نراها اليوم. هذا هو النمو الذي صُممت محاكاة الألفية لاتباعه ، مع الهدف المزدوج المتمثل في التحقق من أن هذا النموذج الجديد للتطور الكوني يتوافق بالفعل مع ما نراه ، واستكشاف الفيزياء المعقدة التي أدت إلى ظهور المجرات وثقوبها السوداء المركزية .
تُظهر التطورات الحديثة في علم الكونيات أن حوالي 70٪ من كوننا يتكون حاليًا من الطاقة المظلمة ، وهي مجال قوى غامض يتسبب في تمدده بسرعة أكبر. يبدو أن حوالي ربعها يتكون من مادة مظلمة باردة ، وهي نوع جديد من الجسيمات الأولية التي لم يتم اكتشافها مباشرة على الأرض. يتكون حوالي 5 بالمائة فقط من المادة الذرية العادية التي نعرفها ، ويتكون معظمها من الهيدروجين والهيليوم. يتم التعامل مع كل هذه المكونات في محاكاة الألفية.
في مقالهم في الطبيعة ، يستخدم علماء برج العذراء محاكاة الألفية لدراسة النمو المبكر للثقوب السوداء. اكتشف مسح سلون الرقمي للسماء (SDSS) عددًا من الكوازارات البعيدة جدًا والمشرقة جدًا والتي يبدو أنها تستضيف ثقوبًا سوداء أكبر بمليار مرة على الأقل من كتلة الشمس في وقت كان فيه الكون أقل من عُشر عمره الحالي.
يقول الدكتور فولكر سبرينجيل (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية ، جارشينج) قائد مشروع الألفية والمؤلف الأول للمقال: 'اعتقد العديد من علماء الفلك أنه من المستحيل التوفيق بين النمو التدريجي للهيكل الذي تنبأت به الصورة القياسية' ، عندما جربنا نمذجة تشكيل المجرات والكوازارات وجدنا أن عددًا قليلاً من الثقوب السوداء الضخمة تتشكل في وقت مبكر بما يكفي لتفسير هذه الكوازارات SDSS النادرة جدًا. تظهر مضيفات المجرات لأول مرة في بيانات الألفية عندما يبلغ عمر الكون بضع مئات الملايين من السنين فقط ، وبحلول يومنا هذا أصبحوا أكثر المجرات ضخامة في مراكز أكبر مجموعات المجرات '.
بالنسبة للبروفيسور كارلوس فرينك (معهد علم الكونيات الحسابي ، جامعة دورهام) رئيس برج العذراء في المملكة المتحدة ، فإن الجانب الأكثر إثارة للاهتمام في النتائج الأولية هو حقيقة أن محاكاة الألفية توضح لأول مرة أن الأنماط المميزة مطبوعة في هذا الشأن يجب أن يظل التوزيع في العصور المبكرة ومرئيًا مباشرة في خرائط الميكروويف موجودًا ويجب أن يكون قابلاً للاكتشاف في التوزيع المرصود للمجرات. يقول البروفيسور فرينك: 'إذا تمكنا من قياس تذبذب الباريون جيدًا بما فيه الكفاية' ، فسوف يزودوننا بقضيب قياس قياسي لوصف الهندسة وتاريخ توسع الكون ومن ثم التعرف على طبيعة الطاقة المظلمة.
'تنتج هذه المحاكاة صورًا مذهلة وتمثل معلمًا هامًا 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 للأجسام الفلكية لاختبار تنبؤات النماذج النظرية لتاريخ الكون.'
لا تزال التطبيقات الأكثر إثارة للاهتمام وبعيدة المدى لمحاكاة الألفية تأتي وفقًا للبروفيسور سيمون وايت (معهد ماكس بلانك للفيزياء الفلكية) الذي يرأس جهود برج العذراء في ألمانيا. 'تزودنا حملات المراقبة الجديدة بمعلومات ذات دقة غير مسبوقة حول خصائص المجرات والثقوب السوداء والهيكل الواسع النطاق لكوننا' ، يلاحظ. 'يجب أن تصل قدرتنا على التنبؤ بنتائج نظرياتنا إلى مستوى مطابق من الدقة إذا أردنا استخدام هذه الاستطلاعات بشكل فعال للتعرف على أصل وطبيعة عالمنا. محاكاة الألفية هي أداة فريدة لهذا الغرض. يتمثل التحدي الأكبر الذي نواجهه الآن في إتاحة قوتها لعلماء الفلك في كل مكان حتى يتمكنوا من إدخال نماذج تشكيل المجرات والكوازارات الخاصة بهم من أجل تفسير استطلاعات الرصد الخاصة بهم '.
المصدر الأصلي: بيان صحفي PPARC
