بزرگ ترین شبیه سازی کیهانی: کشف رازهای دنیا با ابررایانه Frontier
به گزارش تور انگلیس، دانشمندان با استفاده از یکی از پیشرفته ترین ابررایانه های دنیا، شبیه سازی ای بی سابقه از کیهان انجام داده اند که بزرگ ترین شبیه سازی کیهانی تا به امروز محسوب می گردد. این پروژه بزرگ، با نام ExaSky، در آزمایشگاه ملی اوک ریج (Oak Ridge National Laboratory) ایالات متحده و با استفاده از ابررایانه Frontier اجرا شد. در این شبیه سازی، حجمی بالغ بر 31 میلیارد مگاپارسک مکعب از دنیا در حال انبساط بازسازی شده است؛ حجمی که منظره بی نظیری از ساختارها و پدیده های کیهانی را ارائه می دهد.
هدف شبیه سازی ExaSky: درک عمیق تر از کیهان
پروژه ExaSky با هدف درک بهتر تکامل دنیا و آنالیز دقیق تر فیزیک کیهانی طراحی شده است. این شبیه سازی علاوه بر مدل سازی تعاملات گرانشی، شامل بازسازی فرآیندهای پیچیده ای مانند تشکیل ستارگان، سیاه چاله ها، کهکشان ها و رفتار گازهای داغ است.
براساس گفته سلمان حبیب (Salman Habib)، فیزیکدان آزمایشگاه ملی آرگون (Argonne National Laboratory) که رهبری این پروژه را بر عهده داشته است، این شبیه سازی کوشش می نماید تا دو مؤلفه اساسی کیهان، یعنی ماده تاریک (Dark Matter) و ماده معمولی (Atomic Matter)، را به طور هم زمان مدل سازی کند. ماده تاریک، که تنها به وسیله نیروی گرانش با سایر اجزای دنیا تعامل دارد، یکی از بزرگ ترین معماهای کیهان شناسی است.
چرا شبیه سازی کیهان لازم است؟
دنیا کیهانی ما به علت ابعاد بزرگ و زمان طولانی تکامل آن، امکان مشاهده تغییرات در زمان واقعی را به ما نمی دهد. نور کهکشان ها برای رسیدن به ما میلیاردها سال نوری سفر می نماید، بنابراین آنچه می بینیم، تصویر گذشته های دور است. شبیه سازی های کیهانی به ما این امکان را می دهند که با سرعت بخشیدن به زمان، فرآیندهای کیهانی را بازسازی کنیم.
دانشمندان می توانند به یاری این شبیه سازی ها، تحولات کهکشان ها، شکل گیری خوشه های کهکشانی و حتی اثرات ماده تاریک را با دقت بیشتری آنالیز نمایند. این شبیه سازی ها همچون نگاهی الهی به تاریخ کیهان، ابزار قدرتمندی برای درک ساختارها و فرآیندهای کیهانی هستند.
جزئیات فنی شبیه سازی ExaSky
پروژه ExaSky با استفاده از 9000 گره محاسباتی ابررایانه Frontier انجام شد. این ابررایانه، که یکی از سریع ترین سیستم های محاسباتی دنیا است، امکان اجرای مدل هایی با جزئیات بی نظیر را فراهم می نماید.
شبیه سازی صورت گرفته حجمی معادل 31 میلیارد مگاپارسک مکعب از کیهان را بازسازی نموده است. برای مقایسه، بخشی از این شبیه سازی که تصویری از خوشه ای بزرگ از کهکشان ها را نشان می دهد، حجمی برابر با 64 در 64 در 76 مگاپارسک دارد، که تنها 0.001 درصد از کل شبیه سازی است.
این مدل شامل جزئیاتی است که پیش تر امکان پذیر نبود. تعاملات گرانشی، رفتار گازهای داغ، تشکیل ستارگان و سایر پدیده های دینامیکی به صورت هم زمان در این شبیه سازی لحاظ شده اند.
چالش های اجرای شبیه سازی کیهانی
شبیه سازی کیهان فرآیندی فوق العاده پیچیده است که به ترکیبی از ریاضیات پیشرفته، الگوریتم های بهینه و قدرت پردازش بی نظیر احتیاج دارد. تا همین اواخر، بیشتر شبیه سازی های کیهانی تنها شامل تعاملات گرانشی بودند و بسیاری از پدیده های دینامیکی به علت محدودیت های محاسباتی حذف می شدند.
توسعه کدهای پیشرفته ای مانند Hybrid Accelerated Cosmology Code و ارتقای قدرت ابررایانه ها امکان شبیه سازی های دقیق تر را فراهم نموده است. براساس گفته تیم پژوهشی، این پیشرفت ها نه تنها امکان مدل سازی دقیق تر کیهان را فراهم نموده اند، بلکه افق های نوی برای تحقیقات کیهانی گگردده اند.
پتانسیل شبیه سازی در کشف اسرار کیهان
تصاویر اولیه منتشرشده از شبیه سازی ExaSky نشان دهنده خوشه های بزرگی از کهکشان ها و ساختارهای پیچیده کیهانی است. این شبیه سازی نه تنها به علت ابعاد وسیع آن، بلکه به علت جزئیات فیزیکی بی سابقه ای که در آن لحاظ شده، گامی بزرگ در کیهان شناسی به شمار می رود.
دانشمندان امیدوارند که این شبیه سازی بتواند به سؤالات بزرگی درباره ماده تاریک، تکامل کهکشان ها و نقش نیروهای گرانشی در شکل گیری کیهان پاسخ دهد. این شبیه سازی بعلاوه می تواند داده های بسیار دقیقی برای مقایسه با مشاهدات واقعی تلسکوپ هایی مانند رصدخانه روبین در شیلی ارائه دهد.
اهمیت شبیه سازی ExaSky برای آینده کیهان شناسی
براساس گفته برانسون مسر (Bronson Messer)، اخترفیزیکدان آزمایشگاه ملی اوک ریج، شبیه سازی ExaSky به علت ترکیب ابعاد وسیع و جزئیات دقیق آن، یک شاهکار علمی محسوب می گردد. این پروژه نه تنها به درک بهتر ما از فیزیک کیهانی یاری می نماید، بلکه امکان توسعه مدل های پیشرفته تر را برای تحقیقات آینده فراهم می آورد.
نتایج این شبیه سازی در آینده نزدیک منتشر خواهد شد و پیش بینی می گردد که داده های حاصل از آن، به کشف پاسخ هایی اساسی درباره ساختار و تکامل کیهان یاری کند.
این نوشته ها را هم بخوانیدبلند صحبت کردن با خود: عادت شگفت انگیز برای آرامش، تمرکز و مدیریت عواطف!
7 آذر 1403
موارد دنیای ابتلا به HIV در پایین ترین سطح تاریخی: گامی مهم اما ناکافی در مقابله با ایدز
7 آذر 1403
کهکشان کلاه مکزیکی: تصویری نوین از دنیای متفاوت با تلسکوپ جیمز وب
7 آذر 1403
ساده ترین راه برای حذف میکروپلاستیک از آب آشامیدنی
7 آذر 1403
خانه های تسخیرشده: تأثیر خرافی اما علمی ترس بر سیستم ایمنی
7 آذر 1403
ژن های تاریک: کشفی نو در ژنوم انسان که افق های درمانی را تغییر می دهد
7 آذر 1403