आकाशगंगाओं का निर्माण पदार्थ और ऊर्जा के बीच एक जटिल नृत्य है, जो ब्रह्माण्डीय अनुपात के एक चरण पर होता है और अरबों वर्षों तक फैला रहता है। आज हम जिस संरचना और गतिशील आकाशगंगा का निरीक्षण करते हैं, उसकी विविधता बिग बैंग की उग्र अराजकता से उत्पन्न हुई है, जो ब्रह्मांड विज्ञान की सबसे कठिन अनसुलझी पहेलियों में से एक है।
जवाबों की तलाश में, वैज्ञानिकों की एक अंतरराष्ट्रीय टीम ने ब्रह्मांड का सबसे विस्तृत बड़े पैमाने पर मॉडल बनाया है, जो एक सिमुलेशन है जिसे वे TNG50 कहते हैं। 230 मिलियन प्रकाश वर्ष चौड़े उनके आभासी ब्रह्मांड में विस्तार के स्तरों के साथ विकसित होने वाली हजारों आकाशगंगाएँ हैं, जो पहले केवल एकल-आकाशगंगा मॉडल में देखी गई थीं। सिमुलेशन ने 13.8 बिलियन-वर्ष की अवधि में अंधेरे पदार्थ, गैसों, सितारों और सुपरमैसिव ब्लैक होल का प्रतिनिधित्व करते हुए 20 बिलियन से अधिक कणों को ट्रैक किया।
अभूतपूर्व संकल्प और पैमाने ने शोधकर्ताओं को हमारे स्वयं के ब्रह्मांड के अतीत में महत्वपूर्ण अंतर्दृष्टि इकट्ठा करने की अनुमति दी, जिससे पता चलता है कि विभिन्न विषम आकार की आकाशगंगाओं ने खुद को कैसे अस्तित्व में लाया और कैसे तारकीय विस्फोटों और ब्लैक होल ने इस आकाशगंगा विकास को गति दी। उनके परिणामों को रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसाइटी के मासिक नोटिस पत्रिका के दिसंबर 2019 के अंक में प्रकाशित होने वाले दो लेखों में प्रकाशित किया गया है।
TNG50, IllustrisTNG प्रोजेक्ट द्वारा बनाया गया नवीनतम सिमुलेशन है, जिसका उद्देश्य व्यक्तिगत आकाशगंगाओं के बारीक विवरणों का त्याग किए बिना एक बड़े पैमाने पर ब्रह्मांड का निर्माण करके बिग बैंग के बाद से हमारे ब्रह्मांड का विकास कैसे हुआ, इसकी पूरी तस्वीर तैयार करना है।
"ये सिमुलेशन विशाल डेटासेट हैं जहां हम एक टन सीख सकते हैं और उनके भीतर आकाशगंगाओं के गठन और विकास को समझकर और समझ सकते हैं," पॉल टॉरे ने कहा, फ्लोरिडा विश्वविद्यालय में भौतिकी के एसोसिएट प्रोफेसर और अध्ययन के सह-लेखक। "TNG50 के बारे में मौलिक रूप से नया है, यह है कि आप आकाशगंगाओं के भीतर पर्याप्त रूप से उच्च द्रव्यमान और स्थानिक रिज़ॉल्यूशन प्राप्त कर रहे हैं जो आपको सिस्टम की आंतरिक संरचना जैसा दिखता है, जैसा वे बनाते और विकसित होते हैं, उसकी स्पष्ट तस्वीर देते हैं।"
विस्तार पर मॉडल का ध्यान कुछ लागत पर आता है। सिमुलेशन को जर्मनी के स्टटगार्ट में हेज़ल हेन सुपरकंप्यूटर के 16,000 प्रोसेसर कोर की आवश्यकता थी, जो एक वर्ष से अधिक समय से लगातार चल रहा है। गणना के लिए एक ही प्रोसेसर सिस्टम को 15,000 साल लगेंगे। इतिहास में सबसे कम्प्यूटेशनल रूप से भारी खगोल भौतिकी सिमुलेशन में से एक होने के बावजूद, शोधकर्ताओं का मानना है कि उनके निवेश ने भुगतान किया है।
मैक्स प्लैंक इंस्टीट्यूट फॉर एस्ट्रोफिजिक्स इन म्यूनिख, जर्मनी में एक पोस्टडॉक्टरल फेलो और अध्ययन के सह-लेखक डाइलन नेल्सन ने एक बयान में कहा, "इस तरह के न्यूमेरिकल प्रयोग विशेष रूप से सफल होते हैं, जब आप इसमें डालते हैं।" । "हमारे सिमुलेशन में, हम ऐसी घटनाओं को देखते हैं जिन्हें सिमुलेशन कोड में स्पष्ट रूप से क्रमादेशित नहीं किया गया था। ये घटनाएं हमारे मॉडल ब्रह्मांड के बुनियादी भौतिक अवयवों के जटिल परस्पर क्रिया से एक प्राकृतिक फैशन में उभरती हैं।"
यह उद्भव घटना यह समझने के लिए आवश्यक हो सकती है कि हमारा ब्रह्मांड क्यों दिखाई देता है क्योंकि यह आज बिग बैंग के 13.8 बिलियन साल बाद है। TNG50 ने शोधकर्ताओं को पहली बार यह देखने की अनुमति दी थी कि ब्रह्मांड के पैदा होने के कुछ ही समय बाद गैस के अशांत बादलों से कैसे आकाशगंगाएं निकल सकती हैं। उन्होंने पाया कि हमारे कॉस्मिक पड़ोस में डिस्क के आकार की आकाशगंगाएं स्वाभाविक रूप से उनके सिमुलेशन के भीतर उभरी हैं और आंतरिक संरचनाओं का निर्माण किया है, जिसमें सर्पिल हथियार, उभार और बार उनके केंद्रीय सुपरमासिव ब्लैक होल से फैली हुई हैं। जब उन्होंने अपने कंप्यूटर जनित ब्रह्मांड की तुलना वास्तविक जीवन की टिप्पणियों से की, तो उन्होंने पाया कि आकाशगंगाओं की उनकी जनसंख्या गुणात्मक रूप से वास्तविकता के अनुरूप है।
जैसे-जैसे उनकी आकाशगंगाएँ अच्छी तरह से घूमती हुई डिस्क में समतल होती रही, एक और घटना सामने आने लगी। प्रत्येक आकाशगंगा के दिल में सुपरनोवा विस्फोट और सुपरमासिव ब्लैक होल ने गैस के उच्च गति वाले बहिर्वाह का निर्माण किया। ये बहिर्वाह एक आकाशगंगा के ऊपर हजारों प्रकाश-वर्ष गैस के फव्वारे के रूप में आकार लेते हैं। गुरुत्वाकर्षण के टग ने अंततः इस गैस के अधिकांश भाग को आकाशगंगा की डिस्क तक वापस ला दिया, इसे इसके बाहरी किनारे पर पुनर्वितरित किया और गैस के बहिर्वाह और प्रवाह का फीडबैक लूप बनाया। नए सितारों को बनाने के लिए सामग्री को पुनर्चक्रण करने के अलावा, बहिर्वाह को अपनी आकाशगंगा की संरचना को बदलने के लिए भी दिखाया गया था। पुनर्नवीनीकरण गैसों ने आकाशगंगाओं के पतले घूर्णन डिस्क में परिवर्तन को गति दी।
इन प्रारंभिक निष्कर्षों के बावजूद, टीम अपने मॉडल को समाप्त करने से दूर है। वे अपने आभासी ब्रह्मांड का अध्ययन करने के लिए दुनिया भर के खगोलविदों के लिए सार्वजनिक रूप से सिमुलेशन के सभी डेटा को जारी करने की योजना भी बनाते हैं।
टॉरी ने कहा, "अब हमारे सामने एक बहुत बड़ी सड़क है जिससे हमारे पास ये सिमुलेशन पूरा हो गया है।" "शोधकर्ताओं की एक पूरी टीम आकाशगंगाओं के विस्तृत गुणों को बेहतर ढंग से समझने के लिए काम कर रही है, जो उस डेटा में मौजूद हैं और जो उभरती हुई रुझान दिखाती हैं।"
