ทีมนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ได้วางไข่จักรวาล 8 ล้านดวงในซุปเปอร์คอมพิวเตอร์และปล่อยให้พวกมันวิวัฒนาการจากเพียงแค่หมองคล้ำจนถึงกีบเก่า เป้าหมายของพวกเขา? เพื่อตอกย้ำบทบาทที่สารที่มองไม่เห็นที่เรียกว่าสสารมืดเล่นในชีวิตของจักรวาลของเราตั้งแต่บิกแบงและความหมายสำหรับชะตากรรมของเรา
หลังจากค้นพบว่าจักรวาลของเราส่วนใหญ่ประกอบด้วยสสารมืดในช่วงปลายทศวรรษ 1960 นักวิทยาศาสตร์ได้คาดเดาบทบาทของมันในการก่อตัวของกาแลคซีและความสามารถในการกำเนิดดาวดวงใหม่ในช่วงเวลาหนึ่ง
ตามทฤษฎีบิกแบงไม่นานหลังจากที่จักรวาลเกิดขึ้นนักฟิสิกส์วัตถุที่มองไม่เห็นและเข้าใจยากได้ทำการสสารมืดขึ้นมาก็เริ่มรวมตัวกันโดยแรงโน้มถ่วงเป็นเมฆขนาดใหญ่ที่เรียกว่าสสารมืดรัศมี เมื่อรัศมีขยายตัวพวกเขาดึงดูดก๊าซไฮโดรเจนที่กระจัดกระจายทำให้จักรวาลมารวมตัวกันและก่อตัวเป็นดาวและกาแลคซีที่เราเห็นอยู่ทุกวันนี้ ในทฤษฎีนี้สสารมืดทำหน้าที่เป็นแกนหลักของกาแลคซีบอกให้รู้ว่าพวกมันก่อตัวรวมและวิวัฒนาการอย่างไรเมื่อเวลาผ่านไป
เพื่อให้เข้าใจได้ดียิ่งขึ้นว่าสสารมืดทำให้เกิดประวัติศาสตร์ของจักรวาลนี้ได้อย่างไร Peter Behroozi ผู้ช่วยศาสตราจารย์ด้านดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยแอริโซนาและทีมของเขาสร้างจักรวาลของเขาเองโดยใช้ซุปเปอร์คอมพิวเตอร์ของโรงเรียน โปรเซสเซอร์ 2,000 ตัวของคอมพิวเตอร์ทำงานได้โดยไม่หยุดนิ่งในช่วงสามสัปดาห์เพื่อจำลองเอกภพที่เป็นเอกลักษณ์มากกว่า 8 ล้านตัว แต่ละจักรวาลจะเชื่อฟังกฎที่เป็นเอกลักษณ์แต่ละชุดเพื่อช่วยให้นักวิจัยเข้าใจความสัมพันธ์ระหว่างสสารมืดกับวิวัฒนาการของกาแลคซี
"บนคอมพิวเตอร์เราสามารถสร้างจักรวาลที่แตกต่างกันมากมายและเปรียบเทียบกับสิ่งที่เกิดขึ้นจริงและนั่นทำให้เราอนุมานว่ากฎใดที่นำไปสู่สิ่งที่เราเห็น" เบรโรซิกล่าวในแถลงการณ์
ในขณะที่การจำลองก่อนหน้านี้มุ่งเน้นไปที่การสร้างแบบจำลองกาแลคซีเดี่ยวหรือสร้างจักรวาลจำลองที่มีพารามิเตอร์ จำกัด UniverseMachine เป็นขอบเขตแรก โปรแกรมสร้างจักรวาลอย่างต่อเนื่องหลายล้านแห่งแต่ละแห่งประกอบด้วยกาแลคซี 12 ล้านแห่งและแต่ละแห่งได้รับอนุญาตให้พัฒนาเกือบประวัติศาสตร์ทั้งหมดของจักรวาลที่แท้จริงจาก 400 ล้านปีหลังจากบิ๊กแบงจนถึงปัจจุบัน
"คำถามที่ยิ่งใหญ่ก็คือ 'กาแลคซีก่อตัวอย่างไร'" นักวิจัยการศึกษากล่าวว่า Risa Wechsler ศาสตราจารย์ฟิสิกส์และฟิสิกส์ดาราศาสตร์จากมหาวิทยาลัยสแตนฟอร์ด สิ่งที่เจ๋งจริงๆเกี่ยวกับการศึกษาครั้งนี้คือเราสามารถใช้ข้อมูลทั้งหมดที่เรามีเกี่ยวกับวิวัฒนาการกาแลคซี - จำนวนกาแลคซีจำนวนดาวที่พวกมันมีและวิธีที่พวกเขาก่อตัวดาวเหล่านั้น - และนำมันมารวมกันเป็นภาพสุดท้าย 13 พันล้านปีแห่งจักรวาล "
การสร้างแบบจำลองจักรวาลของเราหรือแม้กระทั่งกาแลคซีจะต้องใช้พลังในการคำนวณที่ไม่สามารถอธิบายได้ ดังนั้น Behroozi และเพื่อนร่วมงานของเขาจึง จำกัด การมุ่งเน้นไปที่คุณสมบัติหลักสองประการของกาแลคซีนั่นคือมวลรวมของดาวฤกษ์และอัตราการเกิดใหม่
"การจำลองกาแลคซีเดี่ยวต้องการการประมวลผล 10 ถึง 48" เบรโรซิอธิบายการอ้างอิงถึงการดำเนินงานแปดล้านหรือ 1 ตามด้วยศูนย์ 48 "คอมพิวเตอร์ทุกเครื่องบนโลกรวมกันไม่สามารถทำได้ในหนึ่งร้อยปีดังนั้นเพื่อจำลองกาแลคซีเดียวให้อยู่คนเดียว 12 ล้านคนเราต้องทำสิ่งนี้แตกต่างกัน"
เมื่อโปรแกรมคอมพิวเตอร์สร้างเอกภพใหม่มันคาดเดาว่าอัตราการก่อตัวของกาแลคซีเกี่ยวข้องกับอายุอย่างไรการปฏิสัมพันธ์ในอดีตกับกาแลคซีอื่น ๆ และปริมาณสสารมืดในรัศมีของมัน จากนั้นเปรียบเทียบแต่ละจักรวาลกับการสังเกตจริงปรับพารามิเตอร์ทางกายภาพด้วยการวนซ้ำทุกครั้งเพื่อให้ตรงกับความเป็นจริงมากขึ้น ผลลัพธ์ที่ได้คือจักรวาลเกือบจะเหมือนกับของเราเอง
ตาม Wechsler ผลของพวกเขาแสดงให้เห็นว่าอัตราที่กาแลคซีให้กำเนิดดวงดาวนั้นเชื่อมต่อกับมวลของสสารมืดในรัศมีที่แน่นหนา กาแลคซีที่มีสสารมืดในรัศมีมืดส่วนใหญ่คล้ายกับทางช้างเผือกของเรามีอัตราการก่อตัวดาวสูงที่สุด เธออธิบายว่าการก่อตัวของดาวนั้นหยุดอยู่ในกาแลคซีขนาดใหญ่กว่าโดยมีหลุมดำจำนวนมาก
การสำรวจของพวกเขายังท้าทายความเชื่อที่มีมานานว่าสสารมืดยับยั้งการก่อตัวดาวฤกษ์ในเอกภพยุคแรก
"เมื่อเราย้อนกลับไปก่อนหน้านี้ในจักรวาลเราคาดหวังว่าสสารมืดจะหนาแน่นขึ้นดังนั้นก๊าซจะร้อนขึ้นและร้อนขึ้นนี่เป็นสิ่งที่ไม่ดีสำหรับการก่อตัวดาวฤกษ์ดังนั้นเราจึงคิดว่ากาแลคซีหลายแห่งในช่วงแรก เอกภพน่าจะหยุดก่อตัวดาวฤกษ์เมื่อนานมาแล้ว "Behroozi กล่าว แต่เราพบสิ่งตรงกันข้าม: กาแลกซี่ขนาดที่กำหนดมีแนวโน้มที่จะก่อตัวดาวฤกษ์ในอัตราที่สูงกว่าซึ่งตรงกันข้ามกับความคาดหมาย
ตอนนี้ทีมวางแผนที่จะขยาย UniverseMachine เพื่อทดสอบว่าสสารมืดอาจส่งผลต่อคุณสมบัติของกาแลคซีได้มากขึ้นรวมถึงรูปร่างของพวกมันที่พัฒนาขึ้นมวลของหลุมดำและความถี่ที่ดาวของพวกมันไปซุปเปอร์โนวา
“ สำหรับฉันสิ่งที่น่าตื่นเต้นที่สุดคือตอนนี้เรามีแบบจำลองที่เราสามารถเริ่มถามคำถามทั้งหมดเหล่านี้ในกรอบที่ใช้งานได้” Wechsler กล่าว "เรามีแบบจำลองที่มีราคาไม่แพงพอที่จะคำนวณได้ว่าเราสามารถคำนวณจักรวาลทั้งหมดได้ภายในเวลาประมาณหนึ่งวินาทีจากนั้นเราสามารถทำสิ่งนั้นได้หลายล้านครั้งและสำรวจพื้นที่พารามิเตอร์ทั้งหมด"
กลุ่มวิจัยตีพิมพ์ผลการวิจัยในวารสารเดือนกันยายนของสมาคมดาราศาสตร์แห่งประเทศไทย
