दो रिकॉर्ड-तोड़ ब्रह्मांड सिमुलेशन 13.4 ट्रिलियन डार्क मैटर कणों को ट्रैक करते हैं
ब्रह्मांड विज्ञानियों के पास एक समस्या है जो लगभग विरोधाभास जैसी लगती है: उनकी दूरबीनें जितनी बेहतर होती जाती हैं, उन्हें जो दिखता है उसकी व्याख्या करना उतना ही कठिन होता जाता है। डार्क मैटर, वह अदृश्य पदार्थ जिसे ब्रह्मांड के अधिकांश द्रव्यमान का निर्माण करने वाला माना जाता है, अपनी कोई प्रकाश नहीं छोड़ता। इसकी संरचना केवल अप्रत्यक्ष रूप से दिखाई देती है, इस बात से कि यह प्रकाश को कैसे मोड़ता है और आकाशगंगाएँ कहाँ बनती हैं, इसे आकार देता है। उन अवलोकनों को सिद्धांत से जोड़ने के लिए, शोधकर्ता विशाल आभासी ब्रह्मांडों का निर्माण करते हैं और उन्हें विकसित होने देते हैं।
यही अमेरिकी ऊर्जा विभाग की आर्गोन नेशनल लेबोरेटरी की एक टीम ने अभूतपूर्व पैमाने पर किया है। दुनिया के पहले एक्सास्केल सुपरकंप्यूटरों में से एक, ऑरोरा का उपयोग करते हुए, वैज्ञानिकों ने अब तक चलाए गए दो सबसे बड़े ब्रह्मांडीय सिमुलेशन पूरे किए, चीनी मीडिया साइंस एंड टेक्नोलॉजी डेली द्वारा रिपोर्ट की गई एक घोषणा के अनुसार। प्रत्येक सिमुलेशन ने 28.6 अरब प्रकाश-वर्ष चौड़े क्षेत्र में 13.4 ट्रिलियन डार्क मैटर कणों के विकास का अनुसरण किया।
इस संख्या की कल्पना करना कठिन है। तुलना के लिए, पहले के प्रमुख सिमुलेशन अरबों या कम ट्रिलियन की संख्या में कणों को ट्रैक करते थे। एक ही रन में 13 ट्रिलियन से अधिक कणों तक पहुँचने का अर्थ है कि आभासी ब्रह्मांड बहुत महीन संरचनाओं को हल कर सकता है, डार्क मैटर के छोटे गुच्छे जो अन्यथा सांख्यिकीय धुंध में धुँधले हो सकते थे। वे छोटी संरचनाएँ मायने रखती हैं क्योंकि वे इस बात पर उँगलियों के निशान छोड़ती हैं कि आकाशगंगाएँ कैसे समूह बनाती हैं और डार्क मैटर दूर की वस्तुओं के प्रकाश को कैसे विकृत करता है।
सिमुलेशन एक प्रमुख लक्ष्य पर केंद्रित हैं: ब्रह्मांडीय मुद्रास्फीति, यह सिद्धांत कि बहुत प्रारंभिक ब्रह्मांड ने विस्तार का एक संक्षिप्त, हिंसक विस्फोट अनुभव किया। उस प्रक्रिया ने सूक्ष्म क्वांटम उतार-चढ़ावों को आज की बड़े पैमाने की संरचना के बीजों में खींच दिया होगा। विभिन्न मुद्रास्फीति परिदृश्यों वाले सिम्युलेटेड ब्रह्मांडों की वास्तविक अवलोकनों से तुलना करके, खगोलविद यह सीमित कर सकते हैं कि सिद्धांत के कौन से संस्करण बचे रहते हैं।
एक व्यावहारिक लाभ भी है। आकाश सर्वेक्षणों की एक नई पीढ़ी अरबों आकाशगंगाओं का मानचित्रण कर रही है और उनके आकारों में सूक्ष्म विकृतियों को माप रही है। ये सर्वेक्षण विशाल डेटासेट उत्पन्न करते हैं, और उनसे ब्रह्मांडीय जानकारी निकालने के लिए समान रूप से विशाल सैद्धांतिक भविष्यवाणियों की आवश्यकता होती है। ऑरोरा रन का उद्देश्य उस विश्लेषण के लिए एक संदर्भ पुस्तकालय के रूप में काम करना है, जिससे शोधकर्ताओं को वास्तविक संकेतों को शोर और मॉडलिंग कलाकृतियों से अलग करने में मदद मिले।
एक्सास्केल कंप्यूटिंग, यानी प्रति सेकंड एक क्विंटिलियन से अधिक गणना करने में सक्षम मशीनें, लंबे समय से चाहा जाने वाला मील का पत्थर रही है। शिकागो के पास आर्गोन में स्थित ऑरोरा उस सीमा को पार करने वाले पहले सिस्टमों में से एक है। ब्रह्मांड विज्ञान इसके प्रदर्शनी कार्यभारों में से एक बन गया है, क्योंकि डार्क मैटर के केवल-गुरुत्व सिमुलेशन कम्प्यूटेशनल रूप से मांगलिक लेकिन मॉडल करने में अपेक्षाकृत साफ हैं, जो उन्हें नए हार्डवेयर के लिए एक आदर्श तनाव परीक्षण बनाता है।
वैश्विक पाठकों के लिए, यह कहानी एक अनुस्मारक है कि आधुनिक खगोल विज्ञान तेजी से एक कम्प्यूटेशनल उद्यम बन रहा है। दूरबीनें फोटॉन इकट्ठा करती हैं, लेकिन सुपरकंप्यूटर उन्हें समझ में बदल देते हैं। जैसे-जैसे चिली, हवाई और अंततः अंतरिक्ष में वेधशालाएँ आकाशगंगाओं के कभी बड़े कैटलॉग उत्पन्न करती हैं, अड़चन डेटा एकत्र करने से उसकी व्याख्या करने की ओर स्थानांतरित हो रही है।
आर्गोन टीम के परिणाम अभी भी सिमुलेशन हैं, खोज नहीं, और उनका वैज्ञानिक मूल्य इस बात पर निर्भर करेगा कि वे वास्तविकता से कितनी अच्छी तरह मेल खाते हैं। लेकिन कणों की संख्या में प्रत्येक दोहरीकरण आभासी ब्रह्मांड को वास्तविक ब्रह्मांड के थोड़ा और करीब लाता है, और ब्रह्मांड की सबसे बड़ी संरचनाएँ अब इलिनोइस की एक मशीन पर, एक-एक कण करके फिर से बनाई जा रही हैं।