شبیه‌سازی‌های ابررایانه‌ای فرضیه ΛCDM را به چالش می‌کشند
خلاصه خبر
مطالعه‌ای جدید با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیشرفته ابررایانه‌ای نشان می‌دهد که انرژی تاریک، نیروی مرموز مسئول انبساط شتاب‌دار کیهان، ممکن است برخلاف فرضیه استاندارد ΛCDM (لامبدا ماده سرد تاریک) در طول زمان تغییر کند.
داده‌های ابزار طیف‌نگاری انرژی تاریک (DESI) و شبیه‌سازی‌های انجام‌شده با ابررایانه فوگاکو در ژاپن حاکی از آن است که انرژی تاریک پویا (DDE) می‌تواند تأثیرات قابل‌توجهی بر ساختار کیهانی، به‌ویژه در صورت افزایش چگالی ماده، داشته باشد. این یافته‌ها، که در مجله Physical Review D منتشر شده‌اند، درک ما از تکامل کیهان را عمیق‌تر می‌کنند.
جزئیات خبر
از اوایل قرن بیستم، شواهد علمی نشان داده‌اند که کیهان با شتاب در حال انبساط است. این شتاب به انرژی تاریک نسبت داده می‌شود، خاصیتی از فضازمان که اثری دافعه بر کهکشان‌ها دارد. مدل استاندارد کیهان‌شناسی، معروف به ΛCDM، فرض می‌کند که انرژی تاریک یک مقدار ثابت و بدون تغییر در طول زمان است. اما پرسشی اساسی باقی مانده: چه می‌شود اگر انرژی تاریک ثابت نباشد، بلکه خاصیتی متغیر در طول زمان کیهان باشد؟
داده‌های اخیر از ابزار طیف‌نگاری انرژی تاریک (DESI)، که برای بررسی کهکشان‌های دوردست طراحی شده، نشان‌دهنده ترجیح برای وجود یک مؤلفه انرژی تاریک پویا (DDE) است. این یافته انحرافی قابل‌توجه از مدل ΛCDM را نشان می‌دهد و نیاز به بررسی تأثیرات انرژی تاریک متغیر بر رشد و تکامل ساختارهای بزرگ‌مقیاس کیهانی، مانند خوشه‌های کهکشانی، را برجسته می‌کند.
شبیه‌سازی‌های پیشگامانه
تیمی به رهبری پروفسور توموآکی ایشی‌یاما از شورای ارتقای تحول دیجیتال دانشگاه چیبا در ژاپن، یکی از جامع‌ترین شبیه‌سازی‌های کیهان‌شناختی را با استفاده از ابررایانه فوگاکو انجام داده است. این مطالعه، که در ۴ اوت ۲۰۲۵ در Physical Review D منتشر شد، با همکاری فرانسیسکو پرادا از مؤسسه اخترفیزیک آندلس در اسپانیا و آناتولی کلیپین از دانشگاه ایالتی نیومکزیکو در آمریکا انجام شد.محققان سه شبیه‌سازی بزرگ N-body با وضوح بالا انجام دادند که حجم آن‌ها هشت برابر بزرگ‌تر از مطالعات قبلی بود. این شبیه‌سازی‌ها شامل موارد زیر بودند:
- یک مدل استاندارد ΛCDM مبتنی بر داده‌های پلانک ۲۰۱۸.
- دو مدل با مؤلفه DDE: یکی با پارامترهای ثابت و دیگری با بهترین پارامترهای DDE استخراج‌شده از داده‌های سال اول DESI
یافته‌های کلیدی
- تأثیر مؤلفه DDE به‌تنهایی نسبتاً اندک بود.
- اما در مدل DDE مبتنی بر داده‌های DESI، که چگالی ماده را ۱۰ درصد بالاتر فرض می‌کرد، اثرات بر ساختار کیهان بسیار برجسته‌تر بود. چگالی ماده بالاتر به نیروهای گرانشی قوی‌تر منجر شد، که تشکیل زودهنگام و کارآمدتر خوشه‌های عظیم کهکشانی را تسهیل کرد. این مدل تا ۷۰ درصد خوشه‌های عظیم‌تر در دوره‌های اولیه کیهان پیش‌بینی کرد.
- تحلیل نوسانات صوتی باریونی (BAO)، که به‌عنوان خط‌کش کیهانی برای اندازه‌گیری فواصل کیهانی استفاده می‌شود، نشان داد که در مدل DDE مبتنی بر DESI، پیک BAO به میزان ۳.۷۱ درصد به مقیاس‌های کوچک‌تر جابه‌جا شده است. این نتیجه با مشاهدات واقعی DESI هم‌خوانی داشت و قدرت پیش‌بینی مدل را تأیید کرد.
- توزیع و خوشه‌بندی کهکشان‌ها در مدل DDE مبتنی بر DESI تفاوت‌های قابل‌توجهی نشان داد. چگالی ماده بالاتر به سیگنال خوشه‌بندی قوی‌تری، به‌ویژه در مقیاس‌های کوچک‌تر، منجر شد.
اهمیت مطالعه
دکتر ایشی‌یاما توضیح می‌دهد: «شبیه‌سازی‌های بزرگ ما نشان می‌دهند که تغییرات در پارامترهای کیهان‌شناختی، به‌ویژه چگالی ماده، تأثیر بیشتری بر تشکیل ساختارهای کیهانی نسبت به مؤلفه DDE به‌تنهایی دارد.»
این یافته‌ها درک ما از چگونگی تأثیر انرژی تاریک متغیر بر تکامل کیهان را بهبود می‌بخشند و پایه‌ای نظری برای تفسیر داده‌های آینده ارائه می‌دهند.چشم‌انداز آینده
با پیش‌بینی داده‌های دقیق‌تر از بررسی‌های آینده، مانند طیف‌نگار پرایم فوکوس سوبارو و DESI، این مطالعه نقش مهمی در اصلاح مدل‌های کیهان‌شناختی ایفا خواهد کرد. انتظار می‌رود این بررسی‌ها اندازه‌گیری‌های پارامترهای کیهان‌شناختی را بهبود بخشند و درک ما از تکامل کیهان را عمیق‌تر کنند.
پیامدهای گسترده‌تر
این مطالعه نه‌تنها فرضیه ثابت بودن انرژی تاریک را به چالش می‌کشد، بلکه بر پیچیدگی‌های تاریخ کیهان تأکید می‌کند. اگر انرژی تاریک واقعاً پویا باشد، مدل‌های کیهان‌شناختی ما نیاز به بازنگری دارند، که می‌تواند پیامدهایی برای پیش‌بینی آینده کیهان، از جمله انبساط مداوم یا حتی فروپاشی احتمالی آن، داشته باشد.
بنابراین بر اساس این مطالعه می‌دانیم:
شبیه‌سازی‌های انجام‌شده با ابررایانه فوگاکو شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه می‌دهند که انرژی تاریک ممکن است در طول زمان تغییر کند، به‌ویژه زمانی که با چگالی ماده بالاتر ترکیب شود. این یافته‌ها مدل استاندارد ΛCDM را به چالش می‌کشند و راه را برای تحقیقات آینده در مورد ماهیت واقعی انرژی تاریک و نقش آن در شکل‌گیری کیهان هموار می‌کنند.
