नई कंप्यूटर सिमुलेशन Lumina वैज्ञानिकों को यह देखने का एक विस्तृत तरीका दे रही है कि प्रारंभिक ब्रह्मांड संभवतः कैसे ब्रह्मांडीय “अंधकार युग” से निकलकर पहली आकाशगंगाओं, तारों और पुनः-आयनित गैस की ओर बढ़ा। यह काम Monthly Notices of the Royal Astronomical Society में प्रकाशित हुआ है और यह एक ही मॉडल में आकाशगंगा-निर्माण तथा विकिरण परिवहन को जोड़कर 2 अरब वर्षों के ब्रह्मांडीय विकास को ट्रैक करता है।
मुख्य तथ्य
- Lumina बिग बैंग के लगभग 45 मिलियन वर्ष बाद, ब्रह्मांड के अंधकार युग में शुरू होती है।
- यह सिमुलेशन 500 मेगापार्सेक, यानी लगभग 1.6 अरब प्रकाश-वर्ष के क्षेत्र को कवर करती है।
- यह 2 अरब वर्षों के ब्रह्मांडीय समय में डार्क मैटर, गैस, तारे और विकिरण को ट्रैक करती है।
- यह परियोजना IllustrisTNG पर आधारित है और Oak Ridge National Laboratory के Frontier सुपरकंप्यूटर पर चलाई गई।
- टीम का कहना है कि Lumina ने पहली बार एक ही सिमुलेशन में हाइड्रोजन और हीलियम पुनः-आयनन, दोनों को पकड़ा है।
शुरुआती ब्रह्मांड का अध्ययन करने वाले शोधकर्ताओं के लिए Lumina का क्या मतलब है?
खगोलविदों और ब्रह्मांड-विज्ञानियों के लिए Lumina एक नया साधन है, जिसकी मदद से वे वर्तमान और आने वाले दूरबीन अवलोकनों से सिद्धांत की तुलना कर सकते हैं। टीम का कहना है कि यह सिमुलेशन बड़ी संख्या में आकाशगंगाएँ बनाता है, जिन्हें भविष्य के सर्वेक्षण डेटा से मिलाया जा सकता है; इससे पहली आकाशगंगाओं और ब्लैक होलों के निर्माण को समझने में मदद मिल सकती है।
यह सिमुलेशन इसलिए भी महत्वपूर्ण है क्योंकि यह आकाशगंगाओं के भीतर तारों के निर्माण जैसे छोटे पैमाने की प्रक्रियाओं को बड़े पैमाने पर होने वाले ब्रह्मांडीय पुनः-आयनन से जोड़ता है। इससे शोधकर्ताओं को यह समझने का उपकरण मिलता है कि शुरुआती आकाशगंगाओं और सुपरमैसिव ब्लैक होलों की ऊर्जा-समृद्ध रोशनी ने पूरे ब्रह्मांड में हाइड्रोजन और हीलियम की अवस्था कैसे बदली।
- किन पर असर: शुरुआती आकाशगंगाओं, ब्रह्मांडीय पुनः-आयनन और बड़े पैमाने की संरचना का अध्ययन करने वाले शोधकर्ता।
- यह क्या देता है: टीम के अनुसार, पिछले सर्वोत्तम सिमुलेशनों की तुलना में कहीं बड़े आयतन में उच्च-रिज़ॉल्यूशन आउटपुट।
- आगे क्या: शोधकर्ता Lumina का उपयोग शुरुआती बड़े पैमाने की संरचना का मानचित्रण करने और संभावित गुरुत्वीय-तरंग पैटर्नों की भविष्यवाणी के लिए करने की योजना रखते हैं।
Lumina क्या सिमुलेट करती है?
Lumina डार्क मैटर, गैस, तारों और विकिरण को प्रारंभिक ब्रह्मांड के 500 मेगापार्सेक चौड़े हिस्से में ट्रैक करती है। सिमुलेशन अंधकार युग से शुरू होता है, जब तटस्थ हाइड्रोजन प्रमुख था, और ब्रह्मांड को उन बड़े बदलावों से होकर ले जाता है जिनमें हाइड्रोजन और हीलियम पुनः-आयनित हुए।
शोधकर्ताओं के अनुसार, हाइड्रोजन पुनः-आयनन शुरुआती आकाशगंगाओं और तारों की रोशनी से हुआ, जबकि हीलियम पुनः-आयनन शुरुआती सुपरमैसिव ब्लैक होलों की अधिक ऊर्जावान विकिरण से चला, जो सक्रिय और पदार्थ को खींचने वाली अवस्थाओं में थे। टीम का कहना है कि यह पहली सिमुलेशन है जो दोनों प्रक्रियाओं को साथ पकड़ती है।
यह सिमुलेशन क्यों महत्वपूर्ण है?
शोधकर्ताओं का कहना है कि Lumina बहुत छोटे और बहुत बड़े पैमानों के बीच एक बड़ा अंतर पाटती है। यह डार्क मैटर कणों और गैस कोशिकाओं सहित लगभग आधा ट्रिलियन व्यक्तिगत तत्वों का मॉडल बनाती है, और पहले के सिमुलेशनों की तुलना में लगभग 30 गुना अधिक रिज़ॉल्यूशन के साथ लगभग 100 गुना अधिक आयतन को कवर करती है।
इस संयोजन से डार्क मैटर हैलो के निर्माण, गैस के आकाशगंगाओं में ढहने और पहली तारों से बाहर की ओर फैलते विकिरण को एक साथ देखना संभव होता है। टीम का कहना है कि यह सिमुलेशन नए और आने वाले दूरबीनों की तस्वीरों की व्याख्या करने में मदद करने के लिए बनाया गया है।
Lumina कैसे चलाई गई?
इस गणना के लिए बड़े सुपरकंप्यूटिंग संसाधनों की ज़रूरत पड़ी। टीम ने Lumina को Tennessee स्थित Oak Ridge National Laboratory के सुपरकंप्यूटर Frontier पर चलाया, और कहा कि चरम स्तर पर इस गणना में 100,000 से अधिक CPU कोर और लगभग 15,000 GPU के बराबर संसाधन लगे।
यह परियोजना IllustrisTNG पर आधारित है, जिसे पहले MIT और अन्य स्थानों के वैज्ञानिकों ने विकसित किया था। Lumina के लिए टीम ने उस कोड को बेहतर बनाया ताकि वह बहुत बड़े ब्रह्मांडीय आयतन में और अधिक विस्तार से आकाशगंगा निर्माण का मॉडल बना सके और उसे विकिरण परिवहन भौतिकी के साथ जोड़ सके।
आगे क्या होगा?
टीम की योजना है कि Lumina का उपयोग शुरुआती ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचना का मानचित्र बनाने और यह जानने के लिए किया जाए कि शुरुआती आकाशगंगाएँ और ब्लैक होल किस तरह के गुरुत्वीय-तरंग पैटर्न पैदा कर सकते हैं। वे यह भी कहते हैं कि जैसे-जैसे आने वाले दूरबीन सर्वेक्षणों के डेटा उपलब्ध होंगे, इस सिमुलेशन की तुलना उनसे की जा सकती है।
इस अर्थ में Lumina केवल शुरुआती ब्रह्मांड का दृश्य पुनर्निर्माण नहीं है। यह एक परीक्षण मंच भी है, जहाँ आज के मॉडलों में शामिल भौतिकी को परखा जा सकता है कि क्या वे खगोलविदों को वास्तविक डेटा में अपेक्षित संरचना दिखा पाती हैं।
