درک تکامل کهکشان‌ها با دستگاه شبیه‌ساز کیهانی

فرادید | کهکشان‌هایی مانند کهکشان راه شیری ما چگونه به وجود آمده‌اند؟ چگونه رشد می‌کنند و چگونه با گذشت زمان تغییر می‌کنند؟ نحوه شکل گیری کهکشان از دیرباز یک معما بوده است، اما تیمی از دانشمندان تحت رهبری دانشگاه آریزونا به لطف شبیه سازی ابررایانه‌ای یک گام به یافتن پاسخ نزدیک شده‌اند.

به گزارش فرادید؛ مشاهده کهکشان‌‌های واقعی در فضا تنها می‌تواند عکس‌های لحظه‌ای ارائه دهند، بنابراین محققانی که نحوه تکامل کهکشان‌ها را در میلیارد‌ها سال مطالعه می‌کنند، باید از شبیه سازی‌های کامپیوتری استفاده کنند.

به طور سنتی، ستاره شناسان برای ارائه‌ی نظریه‌های تشکیل کهکشان و آزمایش آن‌ها از شبیه‌سازی استفاده می‌کردند. آن‌ها مجبور بودند یک کهکشان را در یک بازه زمانی تصور کنند.

پیتر بهروزی از رصدخانه Steward دانشگاه و همکارانش با ایجاد میلیون‌‌ها جهان مختلف بر روی یک ابر رایانه، که هر کدام بر اساس نظریه‌های فیزیکی متفاوتی در مورد نحوه شکل گیری کهکشان‌‌ها بودند، بر این مانع غلبه کردند.

این یافته‌ها، ایده‌‌های اساسی درباره نقش ماده تاریک در شکل‌گیری کهکشان‌‌ها، تکامل کهکشان‌‌ها در طول زمان و تولد ستاره‌ها را به چالش می‌‌کشد.

این مطالعه اولین موردی بود که جهان‌ های «خود سازگار» را ایجاد کرد که کپی‌‌هایی واقعی هستند. شبیه سازی‌ های کامپیوتری که هریک نمایانگر بخش بزرگی از کیهان واقعی است، حاوی ۱۲ میلیون کهکشان است و بازه زمان ۴۰۰ میلیون سال پس از انفجار بزرگ را شامل می‌ شود.

نتایج حاصل از ماشین شبیه‌ساز کیهان، به حل این پارادوکس دیرینه کمک می‌کند که چرا کهکشان‌ ها دیگر ستاره جدید تشکیل نمی‌دهند.

دانشمندان می‌ گویند شبیه سازی یک کهکشان مستلزم « ۱۰ به‌توان ۴۸ » عملیات محاسباتی است. همه رایانه‌‌های روی زمین روی هم نمی‌توانند در صد سال این کار را فقط برای یک کهکشان واحد هم انجام دهند، چه برسد به ۱۲ میلیون کهکشان، بنابراین دانشمندان مجبور بودند تصمیم دیگری اتخاذ کنند.

این تیم علاوه بر استفاده از منابع محاسباتی در مراکز مهم تحقیقاتی، دو هزار پردازنده اطلاعات را به طور همزمان در سه هفته به کار گرفتند. در طول پروژه تحقیقاتی، بهروزی و همکارانش بیش از ۸ میلیون جهان تولید کردند.

بهروزی می‌گوید: «ما در ۲۰ سال گذشته مشاهدات نجومی را بررسی کردیم و آن‌ها را با میلیون‌ ها جهان ساختگی که ایجاد کردیم مقایسه کردیم. هزاران تکه اطلاعات را با هم جمع کردیم تا ببینیم کدام اطلاعات با هم مطابقت دارند. آیا جهان ایجاد شده ما درست به نظر می‌رسید؟ اگر نه، ما به عقب بر می گشتیم و تغییرات را اعمال می‌ کردیم و دوباره بررسی می‌ کردیم.»

بهروزی و همکارانش در نظر دارند دستگاه UniverseMachine را گسترش دهند تا شامل ریخت شناسی کهکشان‌های منفرد و چگونگی تکامل شکل آن‌ ها در طول زمان شود.

منبع: Technology.org