أنتج العلماء أكبر تمثيل افتراضي وأكثر دقة للكون حتى الآن. استخدم فريق دولي من الباحثين ، بقيادة جامعة هلسنكي ، ويضم أعضاء من جامعة دورهام في المملكة المتحدة ، محاكاة الكمبيوتر العملاق لإعادة إنشاء التطور الكامل للكون ، من الانفجار العظيم حتى الوقت الحاضر. نُشرت النتائج في الإخطارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية .
المحاكاة ، المسماة SIBELIUS-DARK ، هي جزء من مشروع “Simulations Beyond the Local Universe” (SIBELIUS) ، وهي أكبر وأشمل محاكاة “تحقيق مقيد” حتى الآن. قارن الفريق بدقة الكون الافتراضي بسلسلة من الدراسات الاستقصائية القائمة على الملاحظة للعثور على المواقع والخصائص الصحيحة للتماثلات الافتراضية للبنى المألوفة.
لقد وجد أن رقعة الكون المحلية الخاصة بنا قد تكون غير عادية إلى حد ما حيث تنبأت المحاكاة بعدد أقل من المجرات في المتوسط بسبب “ كثافة ” المادة المحلية واسعة النطاق. في حين أن مستوى هذا النقص في الكثافة لا يعتبر تحديًا للنموذج القياسي لعلم الكونيات ، فقد يكون له عواقب على كيفية تفسيرنا للمعلومات من استطلاعات المجرات المرصودة.
تغطي المحاكاة حجمًا يصل إلى مسافة 600 مليون سنة ضوئية من الأرض ويتم تمثيلها بأكثر من 130 مليار “جسيم” محاكى ، وتتطلب عدة آلاف من أجهزة الكمبيوتر التي تعمل جنبًا إلى جنب على مدى عدة أسابيع وتنتج كميات كبيرة من البيانات. تم إجراء المحاكاة على DiRAC COSmology MAchine (COSMA) الذي يديره معهد علم الكونيات الحسابي في جامعة دورهام.
استخدمت “المحاكاة الكونية” التي طورها الفريق معادلات فيزيائية ذات صلة لوصف كيفية تطور المادة المظلمة والغاز الكوني طوال عمر الكون. المادة المظلمة هي شكل افتراضي للمادة يعتقد أنها مسؤولة عن كمية كبيرة من كل المادة في الكون.
أولاً ، تتحد المادة المظلمة في كتل صغيرة تسمى الهالات ، وينجذب الغاز المحيط جاذبيًا نحو هذه التكتلات ، وفي النهاية تنقسم إلى نجوم لتشكيل مجرات. بمرور الوقت ، تنمو الهالات بشكل كبير بما يكفي لاستضافة مجرات مثل مجرتنا درب التبانة .
على مدار العشرين عامًا الماضية ، طور علماء الكونيات “نموذجًا قياسيًا” لعلم الكونيات – نموذج “المادة المظلمة الباردة” – والذي يمكن أن يفسر عددًا كبيرًا من البيانات الفلكية المرصودة ، من خصائص الحرارة المتبقية من الانفجار العظيم ، إلى العدد والتوزيع المكاني للمجرات التي نلاحظها من حولنا اليوم.
عند محاكاة كون افتراضي للمادة المظلمة الباردة ، يتبع معظم علماء الكونيات رقعة “نموذجية” أو عشوائية ، تشبه رقعة كوننا المرصود ، ولكن بالمعنى الإحصائي فقط.
باستخدام الخوارزميات التوليدية المتقدمة (نماذج لكيفية إنشاء البيانات من أجل تصنيف إشارة) ، تم تكييف عمليات المحاكاة لإعادة إنتاج رقعة الكون الخاصة بنا ، وبالتالي احتواء الهياكل الحالية في محيط مجرتنا التي لاحظها علماء الفلك عليها. عقود.
هذا يعني أن الهياكل المألوفة داخل كوننا المحلي ، مثل مجموعات المجرات ، العذراء ، والغيبوبة ، وفرسوس ، و “سور الصين العظيم” و “الفراغ المحلي” – موطننا الكوني – يتم إعادة إنتاجها في المحاكاة. ربما يكون في مركز المحاكاة الهيكل الأكثر أهمية ، زوج من المجرات ، النظراء الظاهري لمجرة درب التبانة وجارتنا الضخمة القريبة ، مجرة المرأة المسلسلة.
قال البروفيسور كارلوس فرينك ، أستاذ أوجدين للفيزياء الأساسية في معهد علم الكونيات الحسابي في جامعة دورهام: “من المثير للغاية أن نرى الهياكل المألوفة التي نعرف أنها موجودة من حولنا تنبثق من حسابات الكمبيوتر.
تكشف عمليات المحاكاة ببساطة عن نتائج قوانين الفيزياء التي تعمل على المادة المظلمة والغاز الكوني طوال 13.7 مليار سنة كان الكون حولها.
“حقيقة أننا تمكنا من إعادة إنتاج هذه الهياكل المألوفة توفر دعمًا مثيرًا للإعجاب لنموذج Cold Dark Matter القياسي ويخبرنا أننا على المسار الصحيح لفهم تطور الكون بأكمله.”
وأضاف الدكتور ماتيو شالر من جامعة لايدن: “هذا المشروع هو حقًا رائد. توضح هذه المحاكاة أن نموذج المادة المظلمة الباردة يمكن أن ينتج كل المجرات التي نراها في جوارنا. هذا اختبار مهم للغاية لاجتياز النموذج “.
قال الدكتور ستيوارت ماك ألبين ، طالب الدكتوراه السابق في دورهام ، وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة هلسنكي: “من خلال محاكاة كوننا ، كما نراه ، نقترب خطوة واحدة من فهم طبيعة كوننا. يوفر هذا المشروع جسرًا مهمًا بين عقود من النظرية والرصد الفلكي “.
سيقوم فريق البحث الدولي بتحليل المحاكاة التي تم إنشاؤها على أمل تقديم المزيد من الاختبارات الصارمة للنموذج القياسي لعلم الكونيات.
.
