محاكيتان كونيتان تحطمان الأرقام القياسية وتتعقبان 13.4 تريليون جسيم من المادة المظلمة
يواجه علماء الكونيات مشكلة تبدو وكأنها مفارقة: فكلما تحسنت تلسكوباتهم، أصبح تفسير ما يرونه أكثر صعوبة. المادة المظلمة، وهي المادة غير المرئية التي يُعتقد أنها تشكل معظم كتلة الكون، لا تصدر ضوءًا خاصًا بها. ولا يصبح هيكلها مرئيًا إلا بشكل غير مباشر، من خلال الطريقة التي تحني بها الضوء وتشكل أماكن تشكل المجرات. ولربط هذه الملاحظات بالنظرية، يبني الباحثون أكوانًا افتراضية واسعة ويتركونها تتطور.
وهذا بالضبط ما فعله فريق في مختبر أرجون الوطني التابع لوزارة الطاقة الأمريكية على نطاق غير مسبوق. وباستخدام Aurora، أحد أوائل الحواسيب العملاقة من فئة الإكسا سكيل في العالم، أكمل العلماء أكبر محاكيتين كونيتين تم إجراؤهما على الإطلاق، وفقًا لإعلان نقلته وسيلة الإعلام الصينية Science and Technology Daily. تتبعت كل محاكاة تطور 13.4 تريليون جسيم من المادة المظلمة عبر منطقة يبلغ عرضها 28.6 مليار سنة ضوئية.
من الصعب تخيل هذا الرقم. للمقارنة، تتبعت المحاكاة الرائدة السابقة جسيمات يبلغ عددها المليارات أو التريليونات القليلة. والانتقال إلى أكثر من 13 تريليون جسيم في تشغيل واحد يعني أن الكون الافتراضي يمكنه تحليل هياكل أكثر دقة، وهي تجمعات صغيرة من المادة المظلمة قد تذوب لولا ذلك في ضباب إحصائي. وهذه الهياكل الصغيرة مهمة لأنها تترك بصمات على كيفية تجمع المجرات وكيف تشوه المادة المظلمة ضوء الأجسام البعيدة.
تهدف المحاكاة إلى هدف رئيسي: التضخم الكوني، وهي النظرية القائلة بأن الكون المبكر جدًا مر باندفاع توسع قصير وعنيف. وكان من شأن تلك العملية أن تمدد التقلبات الكمومية الدقيقة إلى بذور البنية واسعة النطاق اليوم. ومن خلال مقارنة الأكوان المحاكاة بسيناريوهات تضخم مختلفة مع الملاحظات الحقيقية، يمكن لعلماء الفلك تضييق نطاق نسخ النظرية التي تصمد.
هناك أيضًا عائد عملي. يقوم جيل جديد من مسوحات السماء برسم خرائط لمليارات المجرات وقياس تشوهات دقيقة في أشكالها. تنتج هذه المسوحات مجموعات بيانات ضخمة، ويتطلب استخراج المعلومات الكونية منها تنبؤات نظرية ضخمة بالقدر نفسه. تهدف عمليات تشغيل Aurora إلى أن تكون بمثابة مكتبة مرجعية لذلك التحليل، مما يساعد الباحثين على فصل الإشارات الحقيقية عن الضوضاء وعناصر التصنيع النمذجة.
كان الحوسبة من فئة الإكسا سكيل، أي الآلات القادرة على أكثر من كوينتيليون عملية حسابية في الثانية، إنجازًا طال انتظاره. ويعد Aurora، الموجود في أرجون بالقرب من شيكاغو، من بين أولى الأنظمة التي تجاوزت هذا الحد. أصبح علم الكونيات أحد أعباء العمل الاستعراضية له، لأن محاكاة المادة المظلمة بالجاذبية فقط تتطلب جهدًا حسابيًا كبيرًا ولكنها نظيفة نسبيًا للنمذجة، مما يجعلها اختبار إجهاد مثالي للأجهزة الجديدة.
بالنسبة للقراء حول العالم، تذكرنا هذه القصة بأن علم الفلك الحديث أصبح بشكل متزايد مشروعًا حسابيًا. تجمع التلسكوبات الفوتونات، لكن الحواسيب العملاقة تحولها إلى فهم. ومع قيام المراصد في تشيلي وهاواي وفي الفضاء في نهاية المطاف بتوليد فهارس متزايدة الحجم للمجرات، تتحول عنق الزجاجة من جمع البيانات إلى تفسيرها.
لا تزال نتائج فريق أرجون محاكاة وليست اكتشافات، وستعتمد قيمتها العلمية على مدى تطابقها مع الواقع. لكن كل مضاعفة لعدد الجسيمات تقرب الكون الافتراضي قليلاً من الكون الحقيقي، ويجري الآن إعادة إنشاء أكبر الهياكل في الكون على آلة في إلينوي، جسيمًا تلو الآخر.