شبیه‌سازی نخستین ساختارهای کیهان بعد از بیگ بنگ

[Prometheus]

شبیه‌سازی نخستین ساختارهای کیهان بعد از بیگ بنگ

لحظات آغازین کیهان می‌تواند از طریق مدل‌های ریاضی بازآفرینی شود بی‌آنکه رویدادهای این لحظات مستقیماً قابل تماشا باشند. بتازگی فیزیکدانان دانشگاه گوتینگن و آوکلند (نیوزیلند) موفق شدند تا حد زیادی این عصر آغازین را با شبیه‌سازی‌های پیچیدۀ کامپیوتری نمایان سازند.

محققان دریافتند شبکه‌ی پیچیده‌ای از ساختارها می‌تواند در نخستین تریلینیوم ثانیه پس از بیگ بنگ شکل گیرد. رفتار این شبکه‌ها بازتابی از توزیع کهکشان‌ها در جهان امروز است. با وجود این، در مقایسه با امروز، این ساختارهای اولیه در حد میکروسکوپی کوچکند. این نوع خوشه‌ها چند گرم بیشتر جرم ندارند و در حجمی بسیار کوچکتر از ذرات بنیادی امروزی جا می‌شوند.

پژوهشگران توانستند گسترش نواحی چگال‌تر را که با نیروی گرانش خودشان گردهم آمده بودند را رصد کنند. پروفسور «ینس نیمایر» سرپرست گروه کیهان‌شناسی اخترفیزیکی در دانشگاه گوتینگن می‌گوید: «هرگاه فضای فیزیکی را که در شبیه‌سازی ما نمایش داده شده است یک میلیون بار بزرگ‌تر کنیم، باز می‌تواند درون یک پروتون منفرد جا شود. احتمالاً این بزرگ‌ترین شبیه‌سازی از کوچکترین ناحیه‌ی کیهان است که تاکنون انجام شده است.» چنین شبیه‌سازی‌هایی به ما کمک می‌کند تا پیش‌بینی‌های دقیق‌تری دربارۀ خواص این بقایای برجای‌مانده از لحظات نخستین کیهان محاسبه کنیم.

نتایج شبیه‌سازی دانشمندان نشان می‌دهد که ساختارهای فوق‌العاده متراکم و ریز در زمان بسیار اندکی پس از فاز تورم در لحظات نخستین کیهان رشد کرده‌اند. بین مراحل ابتدایی و نهایی شبیه‌سازی (به ترتیب، تصویر بالا سمت چپ و تصویر راست)، ناحیه‌ی نمایش ‌داده‌ شده تا ده میلیون برابر حجم اولیه‌اش منبسط شده است، اما با وجود این هنوز چندین برابر کوچکتر از درون یک پروتون است. خوشه‌ی بزرگ‌شده (تصویر پایین چپ) جرمی حدود ۲۰ کیلوگرم دارد.

با وجود آنکه ساختارهای شبیه‌سازی‌شدۀ کامپیوتری عمر کوتاهی دارند و سرانجام به ذرات بنیادی استاندارد «بخار» می‌شوند، ردپای این فازِ به‌غایت نخستین چه بسا در آزمایشات بعدی قابل شناسایی باشد. “بندیکت اگِمایر”، دانشجوی دکترا در گروه پژوهشی نیمایر و نویسندۀ اصلی این مقاله گفت: «تشکیل چنین ساختارهایی باید نوفه‌ی پس‌زمینه‌ای در امواج گرانشی ایجاد کرده باشد. به کمک شبیه‌سازی‌هایمان می‌توانیم قدرت این سیگنال موج گرانشی را محاسبه کنیم و چه بسا در آینده این امواج قابل اندازه‌گیری باشند.»

لذا شاید این ایده امکان‌پذیر باشد که سیاهچاله‌های ریز در حقیقت با رُمبش این ساختارها تشکیل شده‌اند. اگر چنین ایده‌ای درست باشد، امروزه باید پیامدهای آن قابل‌رصد باشد یا بخشی از ماده تاریک اسرارآمیز در کیهان از این سیاهچاله‌های ریز تشکیل شده باشد. پروفسور “ریچارد ایستر” گفت: «از طرف دیگر، اگر شبیه‌سازی‌ها تشکیل سیاهچاله‌ها را پیش‌بینی کنند و ما نتوانیم آن‌ها را رصد کنیم، حداقل روش نوینی را یافته‌ایم که با آن می‌توانیم صحت مدل‌های «جهان نوزاد» را بیازماییم.» جزئیات بیشتر این پژوهش در نشریۀ Physical Review D منتشر شده است.