منتشر شده در 2022/02/04
منتشر شده در 2022/02/04
[در ویدئو] اسرار ماموریت پلانک ماهواره پلانک یک ماشین زمان بسیار قوی است که قادر است چندین راز در مورد منشاء، ساختار و ترکیب کیهان را برای ما فاش کند. کیهان شناسان و اخترفیزیکدانان از آن برای نقشه برداری بر روی طاق آسمانی، با دقتی بی نظیر، از نوسانات دما و قطبش قدیمی ترین نور جهان، تابش فسیلی، استفاده کرده اند. این ویدیو که توسط کنسرسیوم HFI-Planck، آژانس ارتباطی Canopée و با کمک ژان موئت، از IAP (موسسه اخترفیزیک پاریس) تهیه شده است، توضیح می دهد که این ماموریت شامل چه چیزی است.
چه اتفاقی افتاد که اولین ستاره ها روشن شدند؟ این چگونه بر تکامل اولیه کهکشان ها تأثیر گذاشت؟ یک شبیه‌سازی عددی جدید و چشمگیر، برخی از سناریوهای ممکن را با پیش‌بینی در مورد آنچه که جیمز وب، و نه تنها او، ممکن است مشاهده کند، بررسی می‌کند تا آنها را آزمایش کند.
دهه 1960 شاهد کشف دو پدیده اخترفیزیکی بود که به سرعت به نظریه انفجار بزرگ ژرژ گامو و ژرژ لمرتر اعتبار بخشید و مدل استاندارد کیهان شناسی قبلی را که در آن کیهان قابل مشاهده تنها کسری از یک جهان نامتناهی بود، به طور فزاینده ای غیرقابل دفاع کرد. جهانی در حال انبساط ابدی بدون آغاز یا پایانی که در آن فرآیندهای مولد ماده ، کهکشان‌های جدیدی را تولید می‌کنند تا با وجود اثر رقیق‌کننده انبساط، چگالی ماده را ثابت نگه دارند.
این پدیده‌ها اختروش‌هایی بودند که اکنون به احتمال زیاد شناخته شده‌اند که سیاه‌چاله‌های پرجرم کر در حال چرخش هستند که مقدار زیادی ماده و تشعشعات کیهانی را ایجاد می‌کنند .
کوازارها دارای خطوط گسیل آلفای لیمان قوی هستند، یعنی گسیل فوتون در محدوده فرابنفش که به خوبی توسط مدل بور از اتم هیدروژن که به نحوی هیجان زدایی می کند، توصیف شده است. این خطوط گسیلی نیز به همان شیوه توسط ماده گرم شده با تولد ستاره های جوان در کهکشان ها تولید می شوند.
انتقال به سرخ طیف اختروشها که با کمیتی با علامت "z" اندازه گیری می شود که به عنوان یک اختروش بسیار بالاتر است، بسیار دور مشاهده می شود، بنابراین در اوایل تاریخ کیهان قابل مشاهده، طبق قانون هابل-لمتر به ما نشان می دهد. که آنها عمدتاً میلیاردها سال نوری از کهکشان راه شیری فاصله دارند. یک سری خطوط جذب نیز در طیف کوازارها مشاهده می شود. این همان خط نشر آلفای لیمان است که توسط ماده بین یک اختروش و یک ابزار روی زمین جذب شده است. اما از آنجایی که فاصله اختروش ها متفاوت است، ما همچنین خطوطی را می بینیم که بر اساس فاصله جابجا شده اند و در نهایت جنگل های لیمان-آلفا را تشکیل می دهند.
این متناقض است، همانطور که با در نظر گرفتن یک لحظه معین اثری که توسط اخترفیزیکدانان جیمز گان و بروس پترسون در سال 1965 کشف شد، مشهود است. با جذب آن مگر اینکه تصور کنید که بخشی از هیدروژن موجود یونیزه شده است.
برای 13.8 میلیارد سال، جهان به تکامل خود ادامه داده است. بر خلاف آنچه که چشمان ما هنگام تأمل در آسمان به ما می گویند، چیزی که آن را تشکیل می دهد، ثابت نیست. فیزیکدانان در سنین مختلف جهان مشاهداتی دارند و شبیه سازی هایی را انجام می دهند که در آن شکل گیری و تکامل آن را دوباره پخش می کنند. به نظر می رسد که ماده تاریک از ابتدای پیدایش کیهان تا زمان شکل گیری ساختارهای بزرگی که امروزه مشاهده می شود، نقش مهمی ایفا کرده است. © CEA Research
با این حال، کشف و تفسیر وجود تشعشعات فسیلی در چارچوب نظریه بیگ بنگ و مطالعه آن بر اساس اندازه گیری های انجام شده توسط ماهواره پلانک ، به ویژه به ما نشان می دهد که تقریباً 380000 سال پس از انفجار بزرگ، انتشار تشعشعات فسیلی دقیقاً به دلیل تشکیل هیدروژن و اتم‌های هلیوم خنثی است، دمای پلاسمایی که توسط یون‌ها و الکترون‌ها تشکیل می‌شود که به دلیل انبساط کیهان در ترکیب، آنها را با سقوط خود هدایت می‌کنند.
بنابراین کیهان شناسان در چند صد میلیون سال پس از انتشار تشعشعات کیهانی به این نتیجه رسیدند که اتفاقی رخ داد که منجر به یونیزه شدن مجدد ماده معمولی کیهان قابل مشاهده شد.
اعتقاد بر این است که صرفاً تشکیل اولین ستارگان در اولین کهکشان ها و همچنین تجمع ماده توسط اولین سیاهچاله های غول پیکر بود که تابش تولید کرد نه تنها منجر به پایان دوران تاریکی شد. آغازی که هنوز هیچ ستاره‌ای وجود نداشته است) بلکه در همان زمان، در یونیزه‌شدن مجدد ( عصر Reionization یا EoR در انگلیسی)، بیش از 13 میلیارد سال پیش.
کیهان شناسان مایلند زمان یونیزه شدن مجدد را به تفصیل درک کنند، زیرا حامل اطلاعاتی در مورد تولد ستارگان و کهکشان ها است. تا به حال، ما فقط یک شروع ترسو و محدود برای دسترسی به پایان یونیزه شدن مجدد با تلسکوپ هایی مانند هابل داشتیم، اما همه چیز باید تغییر کند زمانی که تلسکوپ جیمز-وب در چند ماه آینده به طور کامل عملیاتی شود.
تشعشع دیگری وجود دارد که می تواند اطلاعاتی را نه تنها در مورد آنچه در دوران تاریکی اتفاق افتاده است، بلکه در طول یونیزاسیون مجدد به ما بدهد. ابرهای هیدروژن خنثی واقعاً می توانند تشعشعات رادیویی را از طریق خط معروف در 21 سانتی متر ساطع کنند. ما باید قادر به مشاهده، نقشه برداری و مطالعه نوعی معادل تابش پس زمینه پراکنده فسیلی باشیم، اما این بار توسط ابرهای هیدروژنی خنثی این دو دوره تولید شده است. از راه اندازی شبکه تلسکوپ رادیویی آرایه کیلومتر مربعی (SKA) در این زمینه انتظار زیادی می رود.
گزیده ای از شبیه سازی Thesan با یک هسته در گذشته که با مشاهدات در یک تغییر طیفی اندازه گیری شده با z که زیاد است و با گذشت زمان کاهش می یابد شروع می شود. ما می‌توانیم هم یونیزاسیون مجدد را که در محتوای هیدروژن خنثی پیشرفت می‌کند و هم فروپاشی این هیدروژن را در کهکشان‌ها و رشته‌های خوشه‌های کهکشانی که در اثر فروپاشی ماده تاریک ایجاد می‌شود و شبیه‌سازی آن‌ها را نیز در نظر می‌گیرد، ببینیم. © شبیه سازی Thesan
با این حال، در همه موارد، یک مدل برای تفسیر مشاهدات مورد نیاز است، مشاهداتی که به نوبه خود در خدمت آزمایش فرضیه‌های پشت یک مدل هستند. با این حال، معلوم می‌شود که اگر بتوانیم با محاسبات تحلیلی ساده با تقریب‌های خطی معادلات مورد استفاده، تا حدی بفهمیم که در طی چند ده میلیون سال پس از انفجار بزرگ چه اتفاقی افتاده است، پس از آن دیگر این امکان وجود ندارد زیرا برای مقابله با رژیم غیرخطی این معادلات و شبیه سازی های عددی ضروری است.
برای دهه‌ها، این شبیه‌سازی‌ها برای درک تولد کهکشان‌ها و چگونگی ادغام آن‌ها در طول زمان در ساختارهای رشته‌ای بزرگ انجام شده است. در ابتدا، این مسئله توصیف اثر گرانش بر روی توزیع ماده تاریک به تنهایی بود، زیرا بخش عمده ای از جرم را به شکل ماده نشان می دهد. اما با گذشت زمان متوجه شدیم – به‌علاوه افزایش قدرت رایانه‌ها در نهایت انجام این کار را ممکن کرد – که باید تأثیرات ظریف رفتار ماده باریونی را نیز در نظر بگیریم. بنابراین، طغیان ستاره‌زایی در یک کهکشان جوان منجر به طغیان ابرنواخترهایی می‌شود که انفجار آن‌ها در اثر انفجار می‌تواند گاز باریونی را از یک کهکشان بیرون کند و توزیع ماده عادی را تغییر دهد و در نتیجه با واکنش متقابل تحت تأثیر گرانش ، توزیع تاریکی را تغییر دهد. ماده و همچنین نحوه تجمع ابرهای ماده روی کهکشان ها و رشد آنها.
یکی از جدیدترین شبیه‌سازی‌ها Thesan نام دارد و توسط دانشمندان MIT، دانشگاه هاروارد و موسسه ماکس پلانک برای اخترفیزیک توسعه داده شده است. نام او از الهه سپیده دم اتروسکی، Thesan، گرفته شد، زیرا او به طور خاص برای شبیه سازی مجدد کیهانی طراحی شده است. همانطور که می توان با خواندن مقاله ای در مورد این موضوع که در Monthly Notices of the Royal Astronomical Society منتشر شده است قانع شود، و نسخه دسترسی باز آن را می توان در arXiv یافت، با مدل سازی دقیق تشعشعات تولید شده از ستاره ها، رکوردهای پیچیدگی را در این زمینه شکسته است. ، انفجار ابرنواخترها و تشعشعات سیاهچاله های کلان پرجرم و همچنین تأثیرات این تابش بر کهکشان ها و محیط بین کهکشانی که با کمک های مادی آن نیز به عنوان مثال به شکل رشته های ماده تاریک سرد ، تکامل کهکشان ها نیز مشروط است.
شبیه‌سازی Thesan بر روی SuperMUC-NG – یکی از بزرگترین ابررایانه‌های جهان – اجرا شد که به طور همزمان از 60000 هسته محاسباتی برای انجام محاسبات Thesan بر روی معادل 30 میلیون CPU استفاده می‌کرد. بر اساس شبیه‌سازی قبلی به نام Illustris-TNG که گسترش داده است، نه تنها با توجه به بررسی گسترده پدیده‌های اخترفیزیکی مختلف که از زمان انتشار تشعشعات فسیلی رخ داده‌اند، بلکه با توجه به حجم « فضا » رکوردی را می‌شکند. زمان ، جایی که ما دوره یونیزاسیون مجدد را به خوبی توصیف می کنیم (یعنی بین 380000 سال تا یک میلیارد سال پس از انفجار بزرگ تقریباً)، یعنی یک حجم مکعبی از جهان قابل مشاهده که بیش از 300 میلیون سال نوری امتداد دارد و در آن ما از ظهور و تکامل صدها هزار کهکشان.
گزیده ای دیگر از شبیه سازی Thesan که در سمت چپ، کاهش حجم ابرهای هیدروژنی خنثی را با گذشت زمان نشان می دهد و مربوط به مشاهدات در کاهش z است. در سمت راست، تعداد ستارگان در کهکشان ها افزایش می یابد، مقدار فوتون های یونیزه کننده در محیط بین کهکشانی نیز با گذشت زمان و کاهش z افزایش می یابد. © شبیه سازی Thesan
!
از ثبت نام شما سپاسگزاریم.
خوشحالم که شما را در جمع خوانندگان ما دارم!
Illustris، شبیه سازی قطعه ای از جهان، اسرار کهکشان ها را فاش می کند.

source