تاریخ آخرین ویرایش : شنبه،22-9-1399
تعداد بازدید :102

شناخت ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک به کمک کهکشان‌ها

 

ماده قابل رؤیت فقط ۱۶ درصد از جرم کلی جهان هستی را به خود اختصاص داده است. ماهیت مابقی جرم جهان فقط به اندازه سر سوزن برای ما شناخته شده است و از آن با عنوان ماده تاریک یاد می‌شود. عجیب‌تر این که جرم کلی کیهان فقط ۳۰ درصد از انرژی آن را تشکیل می دهد. مابقی هر چه هست، انرژی تاریک است که کاملاً برای ما ناشناخته است، اما در عین حال انبساط جهان که ریتم سریعی نیز دارد به خاطر وجود همین انرژی تاریک اتفاق می‌افتد. اشاره به انبساط جهان نخستین بار به دنبال رصد اَبَرنواخترهای دوردست در دهه ۱۹۹۰ عنوان شد.
به بیان اخترفیزیکدان‌های «دانشگاه کالیفرنیا، ریوِرساید» در ایالات متحده، مقدار کل ماده موجود در جهان قابل مشاهده معادل ۶۶ میلیارد تریلیون برابر جرم خورشید است. بخش اعظم این ماده همان ماده تاریک است و علی رغم این که چیزی از ماهیت آن نمی‌دانیم، گفته می‌شود که ممکن است دارای ذرات زیراتمی، یعنی ذراتی بسیار کوچک‌تر از اتم باشد.
آنها تکنیکی که ۹۰ سال از قدمت آن می گذرد را ارتقاء دادند. این تکنیک شامل مشاهده نحوه گردش کهکشان‌ها درون خوشه‌های کهکشانی است که هر کدام دارای هزاران کهکشان هستند. رصدهای انجام شده با این تکنیک نشان داد نیروی گرانشی هر کدام از خوشه‌های کهکشانی تا چه حد قدرتمند است. با آگاهی از مقدار نیروی گرانشی می‌توان جرم کلی آنها را محاسبه کرد.
اخترفیزیکدانان برای این که بیشتر به ماهیت ماده تاریک و انرژی تاریک پی ببرند، مطالعات و رصدهایی در مقیاس وسیع انجام داده و درباره ویژگی‌های کهکشان‌ها به تحقیق و بررسی می‌پردازند. با همه این‌ها، تنها کاری که در نهایت می‌توانند انجام دهند این است که مشاهدات خود را تفسیر کنند. برای این کار لازم است مشاهدات خود را در قیاس با پیش بینی‌های حاصل از مدل‌های نظری درباره ماده تاریک و انرژی تاریک قرار دهند. به علاوه، شبیه سازی‌هایی از این دست مستلزم ده‌ها میلیون ساعت کار با اَبَررایانه‌ها است.
گروهی از اخترفیزیکدان ها در پروژه‌ای به نام «اِکستریم هورایزن» ساختارهای کیهانی را از نخستین لحظات پس از انفجار بزرگ (Big Bang) تا به امروز روی اَبَررایانه ای به نام «ژولیو کوری» شبیه‌سازی کرده‌اند که قدرت رایانش آن ۲۲ پتافلاپ (۱۰۱۵× ۲۲) است. حجم داده‌های عددی پردازش شده در هر مرحله از رایانش بیش از ۳ ترابایت (۱۰۱۲ بایت) بود. این امر خود کاربرد تکنیک های جدید نگارش و خوانش داده‌های مرتبط با شبیه‌سازی را توجیح می‌کند.
کیهان شناسی: اصلاح داده‌های جنگل لیمَن ـ آلفا
نخستین نتیجه حاصل از این شبیه‌سازی مربوط به تفسیر ساختارهای بزرگ جهان دوردست است، یعنی ابرهای هیدروژنی بین‌کهکشانی. اخترفیزیکدان‌ها این ابرها را با محاسبه میزان نوری که جذب اختروَش‌ها می شوند شناسایی می‌کنند. اختروَش‌ها به دلیل حضور یک سیاه چاله کلان‌جرم که ماده را در «قرص برافزایشی» (accretion disc) خود جذب می‌کند بسیار پرنور هستند.
هر یک از ابرهای هیدروژنی میان‌کهکشانی که در امتداد خط دید قرار دارند، یک خط جذبی (لیمَن ـ آلفا) با انتقال به سرخ خاص به وجود می‌آورند که این به‌دلیل انبساط جهان است. مجموعه این خطوط، جنگل انبوهی را تشکیل می‌دهند که نمایانگر یک بعدی بودن توزیع ابرهای هیدروژنی و در نتیجه یک بعدی بودن توزیع ماده در فاصله‌ای بین ۱۰ تا ۱۲ میلیارد سال نوری است.
در طیف بینی نجومی، منظور از جنگل لیمَن ـ آلفا مجموعه‌ای از خطوط جذبی در طیف نور کهکشان‌ها و اختروش‌های دوردست است که در اثر تغییر وضعیت کوانتومی الکترون لیمَن ـ آلفا در اتم هیدروژن خنثی ظاهر می شوند.
با این حال، بسیاری از سیاه چاله‌هایی که بین اختروش‌ها و ما قرار دارند مقدار قابل توجهی از انرژی خود را به درون محیط میان‌کهکشانی می‌رانند و سبب تغییر وضعیت گرمایی محیط میان‌کهکشانی و نیز تغییر ویژگی‌های جنگل لیمَن ـ آلفا می‌شوند. مدل فیزیکی استفاده شده در شبیه‌سازی اکستریم هورایزن با جزئیات کامل این بازخورد را توضیح می دهد.
کهکشان های بزرگ فوق فشرده ای به شکل کندوی عسل
رزولوشن بالا (وضوح تصویر بسیار خوب) در شبیه‌سازی اکستریم هورایزن برای نواحی کم تراکم به این معنا بود که این شبیه‌سازی در توصیف افزایش گاز سرد در کهکشان‌ها و شکل‌گیری کهکشان‌های فوق فشرده موفق عمل کرده است، آن هم در زمانی که فقط ۲ تا ۳ میلیارد سال از عمر جهان می‌گذشت. این کهکشان‌های غیر معمول که به تازگی با تلسکوپ رادیویی آلما (آرایه میلی متری بزرگ آتاکاما) در شیلی رصد شده اند، به دنبال خوشه‌ای شدن سریع تعداد زیادی کهکشان کوچک پا به عرصه وجود گذاشته‌اند. شناسایی شیوه رشد کندوی عسلی کهکشان‌ها بدون رزولوشن استثنایی اکستریم هورایزن امکان پذیر نبود.
چالش عظیم با اَبَررایانه ژولیو کوری
اَبَررایانه ژولیو‌کوری که توسط شرکت فناوری اطلاعات فرانسوی «آتوس» طراحی شده در سال ۲۰۲۰ به اوج قدرت محاسباتی خود، یعنی۲۲ پتافلاپ رسید.
چالش‌های بزرگ با اَبَررایانه ژولیو‌کوری شامل شبیه سازی ها و محاسباتی منحصر به فرد هستند که به دنبال یک دوره سه ماهه پس از نصب یک پارتیش جدید به اَبَررایانه آغاز می‌شوند. این دوره سه ماهه یا دوره چالش عظیم فرصت بی‌نظیری برای تعداد معدودی از کاربرها است تا به سهم بزرگی از منابع این ماشین قدرتمند دسترسی پیدا کنند. البته این کاربرها از حمایت مرکز TGCCو تیم سازنده اَبَررایانه برخوردار می‌شوند تا در همکاری با آنها عملکرد رایانه را ارتقاء بخشند. TGCCیک زیرساخت جدید برای عملکرد رایانشی با کیفیت بالا است که قابلیت میزبانی ابررایانه‌هایی در مقیاس پتا را دارد. این مرکز اَبَررایانه ای برای استقبال از نخستین اَبَررایانه فرانسوی در مقیاس پتا، یعنی ژولیو‌کوری برنامه ریزی کرده است.

روزنامه اطلاعات



نظرات:

برای ارسال نظر جدید ابتدا باید وارد سایت شوید