علماء يعيدون تطور المجرات في “الكون الافتراضي”

لقد درس علماء الفيزياء الفلكية منذ فترة طويلة تكوين المجرات باستخدام المحاكاة العددية. تبدأ الحسابات في مثل هذه النماذج مع بداية الكون – وهي بيئة متجانسة تقريبًا بعد الانفجار الكبير – وتتتبع كيف تخلق الجاذبية الهياكل: تتجمع المادة المظلمة في هالة، ويبرد الغاز، مما يؤدي إلى تكوين النجوم ونمو الثقوب السوداء. وقد أظهرت المشاريع القائمة بالفعل مثل IllustrisTNG وEAGLE وSIMBA نتائج جيدة في إعادة إنتاج العديد من الخصائص المرصودة للمجرات. ومع ذلك، فإن لها قيودًا: نظرًا للتكاليف الحسابية، من الضروري تبسيط الفيزياء، على سبيل المثال، الغاز البارد “السلس” بشكل مصطنع أو تقديم نماذج تقريبية للتغذية المرتدة من الثقوب السوداء والنجوم. الآن، كشف الباحثون عن مشروع COLIBRE، وهو أحد أكثر سلاسل المحاكاة الهيدروديناميكية الكونية تقدمًا حتى الآن. السمة الرئيسية لها هي محاولة الاقتراب من الفيزياء الحقيقية للوسط بين النجوم دون تبسيطات جسيمة. على عكس النماذج السابقة، يتم أخذ الغاز البارد والغبار والجزيئات بالإضافة إلى عمليات التبريد المعقدة والتطور الكيميائي في الاعتبار بشكل مباشر هنا. وهذا مهم لأنه في الغاز البارد تولد النجوم، وتحدد خصائصه ظهور المجرات ومصيرها. https://youtu.be/ZjpfRipcyo0?si=rzQZ3nJ-Q1kXk8vo من منظور تقني، تعد عمليات محاكاة COLIBRE مثيرة للإعجاب من حيث الحجم: تتضمن أكبر الحسابات ما يصل إلى 136 مليار جسيم يمثل المادة المظلمة والغاز والنجوم. ولإنشائها، استخدم العلماء طرقًا محسنة لحساب الجاذبية والديناميكا المائية، كما قاموا أيضًا بزيادة عدد جزيئات المادة المظلمة. وقد أتاح هذا النهج تجنب التحف العددية – على سبيل المثال، نقل الطاقة الاصطناعية من المادة المظلمة إلى النجوم المضيئة – وإعادة إنتاج بنية المجرات بشكل أكثر دقة، بما في ذلك أحجامها وتوزيع كتلتها. نفس المجرة من المحاكاة من زوايا مختلفة. على اليسار يبدو كما يمكن رؤيته بالتلسكوب: من الأعلى – منظر كامل للوجه، حيث يمكن رؤية الهيكل الحلزوني والضوء الساطع، من الأسفل – منظر جانبي، حيث يمكن رؤية قرص رفيع. الصور الموجودة على اليمين هي توزيعات المكونات المختلفة للمجرة: الغاز الذري، الغاز الجزيئي الذي تتشكل منه النجوم، والغبار. يتوافق الصف العلوي مع العرض العلوي، والصف السفلي يتوافق مع العرض الجانبي. يُظهر هذا المنظر مظهر المجرة ويوضح كيفية توزيع الغاز والغبار داخلها. / © arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2508.21126 أولى الباحثون اهتمامًا خاصًا لما يسمى بالتغذية الراجعة، وهي العمليات التي تؤثر فيها النجوم والثقوب السوداء فائقة الكتلة على الغاز المحيط بها. في الواقع، يمكن لانفجارات المستعرات الأعظم ونواة المجرة النشطة تسخين وطرد الغاز، مما يؤدي إلى تثبيط تكوين النجوم. تقوم COLIBRE بنمذجة هذه العمليات بمزيد من التفصيل، بما في ذلك المراحل التي سبقت انفجارات المستعرات الأعظم وتأثير دوران الثقب الأسود على قذف المواد. ولمطابقة عمليات المحاكاة مع الملاحظات، استخدم علماء الفيزياء الفلكية مجموعة من النماذج ذات الدوافع الجسدية ومعايرة التعلم الآلي. ونتيجة لذلك، تمكنوا من التوصل إلى اتفاق جيد مع البيانات الحقيقية: توزيع كتل المجرات وخصائصها وأحجامها يتوافق مع بيانات الرصد. خمسة مكعبات محاكاة COLIBRE بأطوال جانبية تتراوح من 25 إلى 400 ميكرومتر. / © arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2508.21126 أظهر مؤلفو العمل العلمي المنشور في مجلة الإشعارات الشهرية للجمعية الفلكية الملكية أن الوصف الأكثر واقعية للفيزياء “صغيرة الحجم” (الغاز والغبار والتغذية المرتدة النجمية) يؤثر بشكل كبير على الصورة “واسعة النطاق” للكون. مثل هذه المحاكاة، وفقًا للعلماء، لا تصبح مجرد أداة لتفسير البيانات، ولكنها مختبر كامل حيث يمكن للمرء اختبار الفرضيات حول كيفية تشكل المجرات بالضبط ولماذا تبدو بالطريقة التي نراها بها اليوم.