شبیه‌سازی کیهان به کمک جیمزوب

به گزارش خبرنگار ایمنا، یکی از روش‌هایی که اخترفیزیکدانان برای شناخت کیهان استفاده می‌کنند، بررسی اجرام مختلف و مقایسه آن‌ها در مراحل گوناگون تکامل است. در این راستا محققان تصاویر بسیاری از کهکشان‌ها جمع‌آوری کرده، سپس روند زندگی و شکل‌گیری آن‌ها را طی ۱۱ میلیارد سال شبیه‌سازی کردند تا نحوه پدید آمدن خوشه‌های کهکشانی را به‌دست آورند. شبیه‌سازی کیهان کمک می‌کند تا مدل استاندارد کیهان‌شناسی آزمایش شود و با پیش‌بینی جرم نهایی و توزیع ساختارها در فضا، محققان می‌توانند ناسازگاری‌ها را شناسایی کنند و به درک فعلی بشر از کیهان بیفزایند.

شبیه‌سازی کیهان به دانشمندان کمک می‌کند تا نحوه شکل‌گیری خوشه‌های کهکشانی، ابرخوشه‌های کهکشانی، کهکشان‌های نزدیک و دور و خوشه‌های محلی را که کهکشان راه‌شیری و آندرومدا در آن قرار گرفته، متوجه شوند و به طور کلی سرنوشت کیهان را مشخص کنند. برای بررسی و شناخت بیشتر شبیه‌سازی کیهان با محسن منتظری، منجم و ستاره‌شناس گفت‌وگویی انجام داده‌ایم که در ادامه می‌خوانید:

شبیه‌سازی کیهان چیست؟

مسئله‌ای که تحت عنوان شبیه‌سازی کیهان شناخته می‌شود، حاصل تصاویر واقعی است که توسط تلسکوپ فضایی هابل تا به امروز به‌دست آمده و بشر را به عمق کیهان برده است. با استفاده از این تصاویر دانشمندان توانسته‌اند گذشته بسیار دور و شرایط کیهان را در ۱۱ میلیارد سال قبل بررسی کنند؛ البته ۲.۸ میلیارد سال ابتدایی کیهان به وضوح تصویربرداری نشده است که وظیفه تلسکوپ فضایی جیمزوب تکمیل این اطلاعات است.

دانشمندان چگونه اطلاعات خود را از تصاویر به‌دست می‌آورند؟

نتایج و اطلاعاتی که از تصویربرداری تلسکوپ فضایی هابل به‌دست آمده، حاصل پردازش است که این حوزه یک دانش مجزا به‌شمار می‌رود؛ درواقع تصاویر توسط امواج مختلفی مانند فروسرخ، امواج رادیویی و مرئی ثبت می‌شود و این امواج توسط نرم‌افزارهای شبیه‌سازی تجزیه و تحلیل می‌گردد.

نحوه عملکرد نرم‌افزارهای شبیه‌سازی این گونه است که داده‌های دریافتی از تصاویر و تلسکوپ‌ها را نظم می‌دهند؛ درواقع تمام این داده‌ها به کسر کوچکی از ثانیه قوسی در آسمان مربوط می‌شود که با استفاده از آن‌ها می‌توان اطلاعات بسیاری از کیهان و اجرام موجود در آن به‌دست آورد.

ثانیه قوسی چیست؟

اگر آسمان را ۳۶۰ درجه تصور کنیم هر درجه شامل چندین زیرمجموعه بسیار کوچک است که براساس دقیقه و ثانیه قوسی اندازه‌گیری می‌شود؛ طبق این تقسیم‌بندی هر چهار دقیقه یک درجه را شکل می‌دهد. در جمع‌آوری اطلاعات یک درجه دوباره به فواصل زمانی بسیار کوچکی تقسیم‌بندی می‌شود و دیگر یک ثانیه قوسی عملاً اندازه یک ذره خاک یا به عبارتی یک میکرون است.

برای کسب اطلاعات از کیهان، حجم بسیاری از این داده‌ها که به اندازه گرد و غبار است جمع‌آوری می‌شود تا چگالی کیهان، شکل و نحوه قرارگیری خوشه‌های کهکشانی، ابرخوشه‌های کهکشانی، کهکشان‌های نزدیک و دور، خوشه‌هایی مانند محلی که کهکشان راه‌شیری و آندرومدا در آن قرار گرفته، طی پردازش آن‌ها به‌دست آید؛ درواقع با پردازش تصاویر می‌توان چگالی ماده را در هر نقطه از آسمان تعیین، نحوه قرارگیری اجرام را مشخص و حتی کشیدگی‌هایی که به واسطه عدسی گرانشی ایجاد می‌شود را اصلاح کرد.

بررسی و شبیه‌سازی کیهان چگونه انجام می‌شود؟

کهکشان‌ها به مرور زمان از یکدیگر دور می‌شود، یعنی هرچه زمان می‌گذرد کهکشان‌ها از ما فاصله می‌گیرد و این کهکشان‌ها براساس انبساط جهان به رنگ قرمز تمایل پیدا می‌کند؛ بنابراین می‌توان براساس این تغییر رنگ سرعت دور شدن کهکشان‌ها را محاسبه کرد، اما نکته قابل توجه این است که ما نیز در حال حرکت هستیم و به همین دلیل برای بررسی سرعت کهکشان‌ها باید مثلثی ایجاد کنیم که در آن سرعت کهکشان خودمان نیز لحاظ شده است.

در این هنگام مدل سه‌بعدی جامعی ایجاد شده است و دیگر ما از زاویه خودمان به جهان نگاه نمی‌کنیم، بلکه از بیرون کیهان را مورد بررسی قرار می‌دهیم و هرچه تکنولوژی بشر ارتقا یابد، می‌توانیم دیدمان را گسترش دهیم و به گذشته کیهان نیز سفر کنیم.

دانشمندان با استفاده از شبیه‌سازی کیهان به چه مسائلی پی بردند؟

طبق تصاویری که دانشمندان از کیهان به‌دست آوردند، متوجه شدیم که تمام این خوشه‌های کهکشانی به‌صورت ریسمان شکل می‌گیرد، یعنی به دنبال یکدیگر کشیده شد و در نهایت شاخه پیدا می‌کند. در ابتدا تصور می‌شد که بین این خوشه‌های کهکشانی از نظر نور و طیف مرئی خلأ است و هیچ جرم یا انرژی وجود ندارد، اما در حال حاضر متوجه شدیم که بین این خوشه‌ها ماده تاریک است و توسط انرژی تاریک مدیریت می‌شود. ماده و انرژی تاریک عامل اصلی دور شدن مواد مرئی در کیهان است و طبق این مسئله نتیجه می‌گیریم که انبساط جهان الزاماً به واسطه انفجار بزرگ رخ‌نداده و بیشتر به دلیل ماده و انرژی تاریک است.

تکمیل شبیه‌ساز کیهان چه اهمیتی دارد؟

درحال‌حاضر مسئله‌ای که ذهن بشر را درگیر کرده است، پایان انرژی و ماده تاریک است. اکنون سوالات بسیاری مانند اینکه ماده تاریک تا کجا ادامه دارد؟ درنهایت ماده و انرژی تاریک چه بلایی سر کیهان می‌آورد و آیا ماده تاریک مدیر نهایی جهان است و می‌تواند جهان‌های دیگری نیز خلق کند؟ ذهن بشر را درگیر کرده است. شبیه‌سازی کیهان به دانشمندان کمک می‌کند به بخشی از سوالات بشر پاسخ دهند و حتی سرنوشت جهان را نیز مشخص کنند؛ بنابراین تکمیل شدن شبیه‌ساز کیهان بسیار حائز اهمیت است و یکی از وظایف جیمزوب نیز کامل کردن همین شبیه‌ساز است، زیرا هرچه اطلاعات دانشمندان از کیهان بیشتر باشد با دقت بالاتری می‌توانند سوالات کنونی بشر را پاسخ دهند.