ब्रह्माण्ड को समझना और यह कैसे अरबों वर्षों के दौरान विकसित हुआ है यह एक कठिन काम है। एक ओर, इसमें अरबों प्रकाश वर्ष के श्रमसाध्य रूप से गहरे स्थान में (और इस प्रकार, अरबों साल पहले) देखने के लिए शामिल है कि समय के साथ इसकी बड़े पैमाने पर संरचना कैसे बदल गई। फिर, कंप्यूटिंग शक्ति की भारी मात्रा में अनुकरण करने के लिए आवश्यक है कि यह कैसा दिखना चाहिए (ज्ञात भौतिकी के आधार पर) और यह देखने के लिए कि क्या वे मेल खाते हैं।
यही कारण है कि ज्यूरिख विश्वविद्यालय (UZH) के खगोलविदों की एक टीम ने "पिज़ डेंट" सुपर कंप्यूटर का उपयोग किया। इस परिष्कृत मशीन के साथ, उन्होंने हमारे पूरे ब्रह्मांड के गठन की नकल की और लगभग 25 बिलियन आभासी आकाशगंगाओं की एक सूची तैयार की। इस कैटलॉग को 2020 में ईएसए के यूक्लिड मिशन के तहत लॉन्च किया जाएगा, जो कि अंधेरे मामले की जांच के लिए यूनिवर्स की जांच में छह साल बिताएगा।
टीम का काम एक अध्ययन में विस्तृत था जो पत्रिका में पुन: प्रकाशित हुआ कम्प्यूटेशनल एस्ट्रोफिजिक्स और कॉस्मोलॉजी। डगलस पॉटर के नेतृत्व में, टीम ने पिछले तीन साल बिताए एक अभूतपूर्व कोड का वर्णन करने के लिए (अभूतपूर्व सटीकता के साथ) अंधेरे पदार्थ की गतिशीलता के साथ-साथ ब्रह्मांड में बड़े पैमाने पर संरचनाओं के गठन का खर्च किया।
कोड, जिसे PKDGRAV3 के रूप में जाना जाता है, को विशेष रूप से आधुनिक सुपर-कंप्यूटिंग आर्किटेक्चर की उपलब्ध स्मृति और प्रसंस्करण शक्ति का बेहतर उपयोग करने के लिए डिज़ाइन किया गया था। स्विस नेशनल कंप्यूटिंग सेंटर (CSCS) में स्थित "पिज़ डेंट" सुपरकंप्यूटर पर निष्पादित होने के बाद - केवल 80 घंटों की अवधि के लिए, यह दो ट्रिलियन मैक्रो-कणों का एक आभासी ब्रह्मांड उत्पन्न करने में कामयाब रहा, जिसमें से 25 की एक सूची। अरबों आभासी आकाशगंगाएँ निकाली गईं।
उनकी गणना के लिए आंतरिक तरीका था जिस तरह से डार्क मैटर तरल पदार्थ अपने गुरुत्वाकर्षण के तहत विकसित होगा, इस प्रकार "डार्क मैटल हैलोज" के रूप में जाना जाने वाले छोटे सांद्रता के गठन के लिए अग्रणी है। यह इन प्रकटीकरण के भीतर है - एक सैद्धांतिक घटक जिसे आकाशगंगा के दृश्यमान सीमा से परे अच्छी तरह से विस्तारित करने के लिए सोचा जाता है - जो आकाशगंगा जैसी आकाशगंगाओं का गठन माना जाता है।
स्वाभाविक रूप से, इसने काफी चुनौती पेश की। इसके लिए न केवल सटीक गणना की आवश्यकता थी कि अंधेरे पदार्थ की संरचना कैसे विकसित होती है, बल्कि यह भी आवश्यक है कि वे विचार करें कि यह ब्रह्मांड के हर दूसरे हिस्से को कैसे प्रभावित करेगा। जोआचिम स्टैडल के रूप में, UZH में सैद्धांतिक खगोल भौतिकी और ब्रह्मांड विज्ञान केंद्र के साथ एक प्रोफेसर और कागज पर एक सह-लेखक, ने ईमेल के माध्यम से अंतरिक्ष पत्रिका को बताया:
"हमने 2 ट्रिलियन ऐसे डार्क मैटर" टुकड़े "का अनुकरण किया, इस प्रकार की सबसे बड़ी गणना जो अब तक की गई है। ऐसा करने के लिए हमें एक संगणना तकनीक का उपयोग करना पड़ा जिसे "फास्ट मल्टीपोल विधि" के रूप में जाना जाता है और स्विस नेशनल सुपरकंप्यूटिंग सेंटर में दुनिया के सबसे तेज़ कंप्यूटरों में से एक, "पिज़ डेंट" का उपयोग करना है, जिसमें अन्य चीजों में बहुत तेज़ ग्राफिक्स यूनिट हैं। (GPU) जो सिमुलेशन में आवश्यक फ्लोटिंग पॉइंट गणनाओं की एक विशाल गति की अनुमति देता है। डार्क मैटर "हैलोज़" में डार्क मैटर क्लस्टर करता है जो बदले में आकाशगंगाओं को काटता है। हमारी गणना सटीक रूप से काले पदार्थ के वितरण और गुणों का उत्पादन करती है, जिसमें हैलोस भी शामिल है, लेकिन आकाशगंगाओं, उनके सभी गुणों के साथ, एक मॉडल का उपयोग करके इन halos के भीतर रखा जाना चाहिए। टास्क का यह हिस्सा पाब्लो फॉसलबा और फ्रांसिस्को कास्टेंडर के निर्देशन में बार्सिलोना में हमारे सहयोगियों द्वारा किया गया था। फिर इन आकाशगंगाओं में अपेक्षित रंग, स्थानिक वितरण और उत्सर्जन लाइनें (यूक्लिड द्वारा देखे गए स्पेक्ट्रा के लिए महत्वपूर्ण) हैं और यूक्लिड के पूरे इंस्ट्रूमेंट पाइपलाइन के भीतर विभिन्न सिस्टमैटिक्स और यादृच्छिक त्रुटियों का परीक्षण और परीक्षण करने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है। "
उनकी गणना की उच्च सटीकता के लिए धन्यवाद, टीम एक कैटलॉग को चालू करने में सक्षम थी जो यूरोपीय अंतरिक्ष एजेंसी के यूक्लिड मिशन की आवश्यकताओं को पूरा करती थी, जिसका मुख्य उद्देश्य "अंधेरे ब्रह्मांड" का पता लगाना है। इस तरह के शोध को ब्रह्मांड के सबसे बड़े पैमाने पर समझने के लिए आवश्यक है, मुख्यतः क्योंकि ब्रह्मांड का अधिकांश हिस्सा अंधेरा है।
यूनिवर्स के 23% के बीच जो डार्क मैटर से बना है और 72% जो डार्क एनर्जी से बना है, यूनिवर्स का केवल एक-बीसवां हिस्सा वास्तव में इस मामले से बना है जिसे हम सामान्य उपकरणों (उर्फ) के साथ देख सकते हैं। या बायोरोनिक पदार्थ)। क्रमशः 1960 और 1990 के दशक के दौरान प्रस्तावित होने के बावजूद, डार्क मैटर और डार्क एनर्जी दो सबसे बड़े ब्रह्माण्ड संबंधी रहस्य हैं।
यह देखते हुए कि हमारे वर्तमान ब्रह्माण्ड संबंधी मॉडल को काम करने के लिए उनके अस्तित्व की आवश्यकता होती है, उनका अस्तित्व केवल अप्रत्यक्ष अवलोकन के माध्यम से ही हुआ है। यह ठीक यही है कि यूक्लिड मिशन अपने छह साल के मिशन के दौरान क्या करेगा, जिसमें यह अरबों आकाशगंगाओं से प्रकाश को कैप्चर करेगा और अग्रभूमि में द्रव्यमान की उपस्थिति के कारण होने वाली सूक्ष्म विकृतियों के लिए इसे मापेगा।
बहुत कुछ इस तरह से कि पृष्ठभूमि की रोशनी को मापने से उसके और पर्यवेक्षक के बीच गुरुत्वाकर्षण क्षेत्र की उपस्थिति (यानी सामान्य सापेक्षता के लिए एक समय सम्मानित परीक्षण) की उपस्थिति से विकृत हो सकता है, अंधेरे पदार्थ की उपस्थिति प्रकाश पर एक गुरुत्वाकर्षण प्रभाव डालती है। जैसा कि स्टैडल ने समझाया है, उनका यूनीवर्स यूनिवर्स इस यूक्लिड मिशन में एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाएगा - मिशन के दौरान और बाद में उपयोग किया जाने वाला ढांचा प्रदान करना।
"यह अनुमान लगाने के लिए कि वर्तमान घटक किसी दिए गए माप को कितनी अच्छी तरह से बनाने में सक्षम होंगे, एक यूनिवर्स जो कि आकाशगंगाओं से आबाद है, जो वास्तविक रूप से मनाया जाने वाले ब्रह्मांड के लिए जितना संभव हो उतना करीब होना चाहिए" “यह This नकली’ आकाशगंगाओं की सूची है जो सिमुलेशन से उत्पन्न हुई थी और अब इस तरह से उपयोग की जाएगी। हालांकि, भविष्य में जब यूक्लिड ने डेटा लेना शुरू किया, तो हमें उलटा समस्या को हल करने के लिए भी इस तरह के सिमुलेशन का उपयोग करना होगा। फिर हमें प्रेक्षित ब्रह्मांड को ग्रहण करने और ब्रह्मांड विज्ञान के मूलभूत मापदंडों को निर्धारित करने में सक्षम होने की आवश्यकता होगी; एक कनेक्शन जो वर्तमान में केवल बड़े सिमुलेशन द्वारा एक पर्याप्त परिशुद्धता पर बनाया जा सकता है जैसे कि हमने अभी-अभी प्रदर्शन किया है। यह एक दूसरा महत्वपूर्ण पहलू है कि इस तरह के सिमुलेशन कैसे काम करते हैं [और] यूक्लिड मिशन के लिए केंद्रीय है। "
यूक्लिड डेटा से, शोधकर्ताओं को अंधेरे पदार्थ की प्रकृति पर नई जानकारी प्राप्त करने की उम्मीद है, लेकिन यह भी नई भौतिकी की खोज करने के लिए है जो कण भौतिकी के मानक मॉडल से परे है - अर्थात सामान्य सापेक्षता का एक संशोधित संस्करण या एक नए प्रकार का कण। जैसा कि स्टैडल ने समझाया, मिशन के लिए सबसे अच्छा परिणाम वह होगा जिसमें परिणाम आएंगे नहीं उम्मीदों के अनुरूप।
"हालांकि यह निश्चित रूप से मौलिक ब्रह्मांड संबंधी मापदंडों (जैसे कि ब्रह्मांड में अंधेरे पदार्थ और ऊर्जा की मात्रा) का सबसे सटीक माप करेगा, कहीं अधिक रोमांचक होगा जो कुछ को मापता है या कम से कम, बहुत तनाव में है। वर्तमान 'मानक लैम्ब्डा कोल्ड डार्क मैटर' (LCDM) मॉडल, "उन्होंने कहा। "सबसे बड़े सवालों में से एक यह है कि क्या इस मॉडल की तथाकथित 'डार्क एनर्जी' वास्तव में ऊर्जा का एक रूप है, या आइंस्टीन के सामान्य सापेक्षतावाद के एक संशोधन द्वारा इसे अधिक सही ढंग से वर्णित किया गया है या नहीं। जबकि हम सिर्फ ऐसे सवालों की सतह को खरोंचना शुरू कर सकते हैं, वे बहुत महत्वपूर्ण हैं और एक बहुत ही मौलिक स्तर पर भौतिकी को बदलने की क्षमता रखते हैं। ”
भविष्य में, स्टैडल और उनके सहयोगियों ने ब्रह्मांडीय विकास पर सिमुलेशन चलाने की उम्मीद की है जो दोनों अंधेरे पदार्थों को ध्यान में रखते हैं तथा काली ऊर्जा। किसी दिन, प्रकृति के इन विदेशी पहलुओं से एक नए ब्रह्मांड विज्ञान के आधार बन सकते हैं, जो मानक मॉडल की भौतिकी से परे पहुंचता है। इस बीच, दुनिया भर के खगोल भौतिकीविद संभावित रूप से यूक्लिड मिशन के पहले बैच के लिए प्रतीक्षा कर रहे होंगे।
यूक्लिड कई मिशनों में से एक है जो वर्तमान में डार्क मैटर के शिकार में लगा हुआ है और इसने इस अध्ययन का अध्ययन किया है कि इसने हमारे यूनिवर्स को कैसे आकार दिया। अन्य लोगों में ISS, ESO की किलो डिग्री सर्वे (KiDS), और CERN के बड़े हार्डन कोलाइडर में अल्फा मैग्नेटिक स्पेक्ट्रोमीटर (AMS-02) प्रयोग शामिल हैं। भाग्य के साथ, ये प्रयोग उन ब्रह्मांड संबंधी पहेली को प्रकट करेंगे जो दशकों से मायावी बनी हुई हैं।
