بررسی تکامل کیهان با بزرگترین شبیه‌سازی ابررایانه‌ای

به گزارش استادی فایندز، دانشمندان اروپایی گسترده‌ترین شبیه‌سازی ابررایانه‌ای را با هدف مطالعه کردن تکامل کیهان از زمان انفجار بزرگ تا امروز رونمایی کرده‌اند.

این شبیه‌سازی موسوم به «فلامینگو»(FLAMINGO)، روند گسترش همه اجزای جهان از جمله ماده معمولی مانند ستاره‌ها و سیارات، ماده تاریک و انرژی تاریک را که همگی توسط قوانین فیزیک کنترل می‌شوند، تجزیه و تحلیل می‌کند. همان طور که شبیه‌سازی تکامل می‌یابد، کهکشان‌های مجازی و خوشه‌های کهکشانی با جزئیات ظاهر می‌شوند.

این شبیه‌سازی زاییده افکار کارشناسان «دانشگاه دورام»(Durham University)، «دانشگاه جان مورز لیورپول»(LJMU) و «دانشگاه لیدن»(Leiden University) بود. هدف اصلی این است که شبیه‌سازی، دانشمندان را قادر سازد تا جهان مجازی را با مشاهدات واقعی تلسکوپ‌های پیشرفته از جمله «تلسکوپ فضایی جیمز وب» کنار هم قرار دهند. چنین مقایسه‌هایی می‌توانند مشخص کنند که آیا مدل‌های کیهانی کنونی در مورد تکامل جهان، با واقعیت هم‌سو هستند یا خیر.

شبیه‌سازی‌هایی که تاکنون در کنار مشاهدات واقعی جهان به کار رفته‌اند، در درجه اول ماده تاریک سرد را در نظر گرفته‌اند که جنبه‌ محوری ساختار کیهانی تلقی می‌شود. با وجود این، دانشمندان اکنون در درک تکامل کیهانی، بر اهمیت محاسبه ماده معمولی(شامل تنها ۱۶ درصد از کل ماده جهان) و نوترینوها(ذرات گریزان که به ندرت با ماده معمولی تعامل دارند) تأکید می‌کنند. پروفسور «جوپ شایه»(Joop Schaye) از دانشگاه لیدن، در یک بیانیه رسانه‌ای گفت: اگرچه ماده تاریک بر گرانش تسلط دارد اما سهم ماده معمولی را نمی‌توان نادیده گرفت.

شبیه‌سازی فلامینگو با رعایت مدل فیزیک استاندارد، شکل‌گیری جهان را از نظر ماده تاریک، ماده معمولی و نوترینو به دقت ترسیم کرد. این گروه پژوهشی، یک ابررایانه قوی در دورام را برای اجرای شبیه‌سازی‌ها در طول دو سال به کار بردند و متغیرهایی مانند شدت باد کهکشانی و جرم نوترینو را تنظیم کردند. نتایج اولیه بر اهمیت ترکیب مواد معمولی و نوترینوها برای پیش‌بینی دقیق تأکید می‌کنند.

تلسکوپ‌های نوظهور مانند «اقلیدس»(Euclid) آژانس فضایی اروپا در حال جمع‌آوری کردن داده‌های گسترده در مورد کهکشان‌ها، اختروش‌ها و ستاره‌ها هستند. شبیه‌سازی‌هایی مانند فلامینگو در درک کردن این داده‌ها و هم‌سو کردن پیش‌بینی‌های نظری با اطلاعات مشاهده‌ای، بسیار مهم خواهند بود.

اجرای شبیه‌سازی فلامینگو به بیش از ۵۰ میلیون ساعت پردازش در ابررایانه «ماشین کیهان‌شناسی»(COSMA ۸) نیاز داشت. پژوهشگران، رمز جدیدی به نام «سوئیفت»(SWIFT) را ابداع کردند تا وظایف محاسباتی را به طور موثر در هزاران واحد پردازش مرکزی اختصاص دهد که گاهی به ۶۵ هزار واحد می‌رسد.

پروفسور «کارلوس فرنک»(Carlos Frenk) از دانشگاه دورام گفت: کیهان‌شناسی در یک دو راهی قرار دارد. ما داده‌های جدید و شگفت‌انگیزی را از تلسکوپ‌های قوی به دست آورده‌ایم که برخی از آنها در نگاه اول با انتظارات نظری ما مطابقت ندارند. یا مدل استاندارد کیهان‌شناسی ناقص است یا سوگیری‌های ظریفی در داده‌های رصدی وجود دارد. شاید شبیه‌سازی‌های فوق‌العاده دقیق ما از کیهان بتوانند پاسخ را به ما بگویند.

این پژوهش در مجله «MNRAS» به چاپ رسید.