تكشف محاكاة MIT الجديدة عن رؤى مهمة حول ولادة الكون

إن توليد الواقع بشكل عفوي هو أمر فوضوي.

أطلق الانفجار العظيم ، على سبيل المثال ، العنان لقيمة الكون من الطاقة والمادة في لحظة ، ثم دفعه بعيدًا في جميع الاتجاهات بسرعة الضوء حيث تجاوزت درجات الحرارة في جميع أنحاء الكون المتنامي 1000 تريليون درجة مئوية في أول نانو ثانية من وجود الزمن. المئات من المليون سنة التالية ، والتي برد الكون خلالها لدرجة أن الجسيمات التي تتجاوز الكواركات والفوتونات يمكن أن توجد – عندما ظهرت الذرات الفعلية مثل الهيدروجين والهيليوم – تُعرف بالعصور المظلمة ، على حساب النجوم التي لم تكن موجودة بعد لتوفير الضوء.

ومع ذلك ، في نهاية المطاف ، ضغطت سحب شاسعة من الغازات الأولية على نفسها بما يكفي للاشتعال ، مما أدى إلى إضاءة الكون المظلم سابقًا وقيادة عملية وهذا هو السبب في أن الكون ليس مجرد مجموعة كاملة من ذرات الهيدروجين والهيليوم. العملية الفعلية لكيفية تفاعل الضوء من تلك النجوم الجديدة مع سحب الغاز المحيطة لتكوين البلازما المتأينة التي ولدت عناصر أثقل ليست مفهومة تمامًا ولكن فريقًا من أن نموذجهم الرياضي لهذه الحقبة المضطربة هو الأكبر والأكثر تفصيلاً الذي تم ابتكاره حتى الآن.

ال محاكاة ، سميت على شرف إلهة الفجر ، تحاكي فترة إعادة التأين الكوني بالنظر إلى التفاعلات بين الغازات والجاذبية والإشعاع في مساحة سنة ضوئية 100 مليون مكعب. يمكن للباحثين البحث في جدول زمني اصطناعي يمتد من 400000 سنة إلى مليار سنة بعد الانفجار العظيم لمعرفة كيف يؤثر تغيير المتغيرات المختلفة داخل النموذج على النتائج المتولدة.

قال آرون سميث ، زميل ناسا أينشتاين في معهد MIT Kavli للفيزياء الفلكية وأبحاث الفضاء: “يعمل Thesan كجسر للكون المبكر” . “الغرض منه هو أن يكون بمثابة نظير محاكاة مثالي لمنشآت المراقبة القادمة ، والتي تستعد لتغيير فهمنا للكون بشكل أساسي.”

تتميز بتفاصيل أعلى بحجم أكبر من أي محاكاة سابقة بفضل خوارزمية جديدة لتتبع تفاعل الضوء مع الغاز الذي يتوافق مع تشكيل مجرة ​​منفصل ونماذج سلوك الغبار الكوني.

راهول كانان من مركز هارفارد سميثسونيان للفيزياء الفلكية ، الذي اشترك مع معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ومعهد ماكس بلانك لـ الفيزياء الفلكية في هذا المشروع ، قال أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. “بهذه الطريقة ، نتبع تلقائيًا عملية إعادة التأيين عند ظهورها.”

تشغيل هذه المحاكاة هو كمبيوتر عملاق في Garching ، ألمانيا. تعمل نوى الحوسبة البالغ عددها 60000 نواة بما يعادل 30 مليون ساعة من ساعات وحدة المعالجة المركزية بالتوازي لسحق الأرقام التي يحتاجها Thesan. شهد الفريق بالفعل نتائج مفاجئة من التجربة أيضًا.

قال كانان: “وجد Thesan أن الضوء لا يسافر مسافات كبيرة في وقت مبكر من الكون”. “في الواقع ، هذه المسافة صغيرة جدًا ، ولا تصبح كبيرة إلا في نهاية إعادة التأين ، حيث تزيد بمقدار 10 أضعاف خلال بضع مئات من ملايين السنين فقط.”

أي أن الضوء في نهاية فترة إعادة التأين قد سافر إلى أبعد مما كان يعتقده الباحثون سابقًا. لقد لاحظوا أيضًا أن نوع وكتلة المجرة قد يؤثران على عملية إعادة التأين ، على الرغم من أن فريق Thesan سارع إلى الإشارة إلى أن هناك حاجة إلى دعم ملاحظات العالم الحقيقي قبل تأكيد هذه الفرضية.