تكشف عمليات المحاكاة الحاسوبية العملاقة عن تحول في الطاقة المظلمة

تشير الأبحاث الجديدة إلى أن الطاقة المظلمة، القوة الغامضة التي تحرك توسع الكون المتسارع، قد لا تكون ثابتة على الإطلاق.

منذ أوائل العشرين^ذ في القرن العشرين، جمع الباحثون أدلة قوية على أن الكون لا يتوسع فحسب، بل إنه يتوسع بوتيرة متسارعة. ويرتبط هذا التسارع بتأثير غامض يعرف باسم الطاقة المظلمة، وهي خاصية من خصائص الزمكان يعتقد أنها تدفع المجرات بعيدا عن بعضها البعض.

لسنوات عديدة، تعامل الإطار الكوني المهيمن، وهو نموذج لامبدا للمادة المظلمة الباردة (ΛCDM)، مع الطاقة المظلمة باعتبارها كمية ثابتة تظل دون تغيير طوال تاريخ الكون. لقد وفر هذا الافتراض منذ فترة طويلة أساسًا بسيطًا لفهم الكون، لكنه يترك الباب مفتوحًا أمام احتمال حاسم: قد لا تكون الطاقة المظلمة ثابتة، بل يمكن أن تتغير بمرور الوقت.

ملاحظات جديدة تلمح إلى الطاقة المظلمة الديناميكية

بدأت الإنجازات الرصدية الأخيرة في تحدي وجهة النظر طويلة الأمد حول الطاقة المظلمة كما لا يتغير. بيانات من أداة التحليل الطيفي للطاقة المظلمة (منتديات)، وهو مسح متقدم مصمم لرسم خريطة للمجرات البعيدة، يشير إلى أن مكون الطاقة المظلمة الديناميكية (DDE) قد يصف الكون بشكل أفضل.

يشير هذا التحول المحتمل بعيدًا عن نموذج ΛCDM إلى تطور كوني أكثر تعقيدًا مما تم التعرف عليه سابقًا. وفي الوقت نفسه، فإنه يسلط الضوء على فجوة كبيرة في المعرفة الحالية: لا يزال لدى العلماء فهم محدود لكيفية تأثير عنصر الطاقة المظلمة المعتمد على الوقت على تكوين ونمو أكبر الهياكل في الكون.

عمليات محاكاة ضخمة تستكشف عالمًا متغيرًا

ولمواجهة هذا التحدي، قام فريق بحث بقيادة البروفيسور المشارك تومواكي إيشياما من مجلس تعزيز التحول الرقمي في جامعة تشيبا في اليابان بتنفيذ واحدة من أكثر عمليات المحاكاة الكونية طموحًا على الإطلاق.

تم نشر الدراسة، التي أجريت مع المتعاونين فرانسيسكو برادا من معهد الفيزياء الفلكية في الأندلس في إسبانيا وأناتولي أ. كليبين من جامعة ولاية نيو مكسيكو في الولايات المتحدة الأمريكية، في المراجعة البدنية د. كان هدفهم هو دراسة كيف يمكن لعنصر الطاقة المظلمة المتغير بمرور الوقت أن يعيد تشكيل الكون ويوفر إرشادات أكثر وضوحًا لتفسير البيانات الفلكية المستقبلية.

الحاسوب العملاق فوجاكو يختبر نماذج متعددة للطاقة المظلمة

باستخدام حاسوب Fugaku العملاق، أحد أنظمة الحوسبة الرائدة في اليابان، أجرى الباحثون ثلاث عمليات محاكاة عالية الدقة للجسم N، غطت كل منها حجمًا حسابيًا أكبر بثماني مرات من العمل السابق.

اتبعت إحدى المحاكاة نموذج Planck-2018 ΛCDM القياسي، في حين تضمنت اثنتان أخريان نسخًا من الطاقة المظلمة الديناميكية. من خلال مقارنة نموذج DDE مع المعلمات الثابتة بنموذج ΛCDM، تمكنوا من تحديد التأثيرات المحددة الناتجة عن مكون الطاقة المظلمة المتغير. تضمنت المحاكاة الثالثة أفضل معلمات DESI Year-1، مما مكن الفريق من التحقيق في كيفية تأثير سيناريو DDE أكثر واقعية وقائم على المراقبة على النموذج الكوني المحدث.

كيف تحول التحولات في كثافة المادة الكون

وتشير النتائج إلى أن الطاقة المظلمة الديناميكية تنتج في حد ذاتها تغيرات صغيرة نسبيًا. ومع ذلك، عندما قام الباحثون بتعديل المعلمات الكونية بما يتماشى مع نتائج DESI، وخاصة عن طريق رفع كثافة المادة بحوالي 10%، أصبحت العواقب أكثر أهمية.

تؤدي زيادة كثافة المادة إلى تقوية الجاذبية، مما يؤدي إلى التطور المبكر لمجموعات المجرات الضخمة. تعمل هذه العناقيد بمثابة العمود الفقري الهيكلي للكون، حيث تدعم شبكات المجرات التي نلاحظها اليوم. في هذا السيناريو، تنبأ نموذج DDE المعتمد على DESI بما يصل إلى 70 بالمائة من العناقيد الضخمة خلال المراحل المبكرة من الكون.

اختبار النموذج بالإشارات الكونية القديمة

قام الفريق أيضًا بتقييم كيفية تأثير النماذج على التذبذبات الصوتية الباريونية (BAOs)، وهي أنماط خلفتها الموجات الصوتية القديمة وتعمل كأداة رئيسية لقياس المسافات الكونية. في محاكاة DDE المشتقة من DESI، تحولت ذروة BAO بنسبة 3.71 بالمائة نحو المقاييس الأصغر. ويتطابق هذا التحول بشكل وثيق مع بيانات الرصد الخاصة بـ DESI، مما يدل على اتفاق قوي بين المحاكاة والقياسات الحقيقية ويعزز الثقة في القدرة التنبؤية للنموذج.

تقدم مجموعة المجرات أدلة إضافية

وبعيدًا عن BAOs، قام الباحثون بدراسة كيفية تجمع المجرات عبر الكون. أظهر نموذج DDE القائم على DESI تجميعًا معززًا بشكل واضح مقارنة بالنماذج الأخرى، خاصة على المقاييس الأصغر. هذا السلوك هو نتيجة مباشرة لكثافة المادة الأعلى المستخدمة في المحاكاة. عندما قارن الفريق هذه النتائج بملاحظات DESI، وجدوا أن أنماط تجمعات المجرات تتوافق جيدًا مع تنبؤات النموذج.

رؤى أساسية في تشكيل الهيكل

بشكل عام، تكشف الدراسة مدى أهمية تغير بنية الكون عندما تتنوع كل من الطاقة المظلمة والمعلمات الكونية مثل كثافة المادة. كما يقول الدكتور إيشيياما: “توضح عمليات المحاكاة الكبيرة لدينا أن الاختلافات في المعلمات الكونية، وخاصة كثافة المادة في الكون، لها تأثير أكبر على تكوين البنية من مكون DDE وحده.”

التحضير لاستطلاعات جالاكسي للجيل القادم

ومع ظهور العديد من الدراسات الاستقصائية الرئيسية، ستكون هذه النتائج ضرورية لتفسير قياسات متزايدة الدقة. “في المستقبل القريب، من المتوقع أن تؤدي مسوحات المجرات واسعة النطاق بواسطة Subaru Prime Focus Spectrograph و DESI إلى تحسين قياسات المعلمات الكونية بشكل كبير. توفر هذه الدراسة أساسًا نظريًا لتفسير مثل هذه البيانات القادمة،” يخلص الدكتور إيشياما.

المرجع: “تطور التجمعات في النماذج الكونية ذات الطاقة المظلمة المتغيرة بمرور الوقت” بقلم تومواكي إيشيياما وفرانسيسكو برادا وأناتولي أ. كليبين، 4 أغسطس 2025، المراجعة البدنية د.
دوى: 10.1103/4k5f-جيركس

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.