مینوخوشرنگ‌باف: درتلاش برای شناخت جهان و تمام موضوعات مربوط به آن، بین موضوع و شیوه مطالعه کیهانشناسها و اخترفیزیکدان‌ها شکاف وجود دارد: این شکاف “مقیاس” است. معمولا کیهانشناسها روی خواص بزرگ-مقیاس از کیهان به عنوان یک کل تمرکز دارند، مانند کهکشان‌ها و فضای بین کهکشان ؛ درحالی که اخترفیزیکدان‌ها علاقه بیشتری به آزمایش نظریه‌های فیزیکی در اجرام کوچک تا متوسط-مقیاس مانند ستارگان، ابرنواخترها و فضای میان ستاره‌ای دارند.
با این حال این دو شاخه خیلی بیشتر از آنچه به نظر می‌رسد به هم نزدیکند، به خصوص هنگامی که به دنبال چگونگی شکل‌گیری کیهان اولیه هستند.
کن چن از انجمن رصدخانه‌های مرکزی شرق آسیا (EACOA) و نویسنده اصلی مقاله‌ای که در مجله “Astrophysical” چاپ شده و چگونگی تاثیر اولین ابرنواخترها بر شکل‌گیری ستاره‌ها و در نتیجه آن کهکشان‌ها را بررسی می‌کرد؛ می‌گوید: “اولین ابرنواخترها علاوه بر افرادی که ستارگان را مطالعه می‌کنند، برای کیهانشناسها نیز جالب توجه است. اولین ستاره‌ها بسیار پرجرم بودند و ابرنواختر حاصل از این ستاره‌ها منبعی از انواع گوناگون عناصر سنگین جدول تناوبی بودند. برای کیهان شناسان این فلزها بسیار مهم هستند، زیرا آنها تاثیر خنک کننده داشته و مقیاس جرم ستاره‌های تشکیل شده را تغییر داده به این طریق شکل کهکشان‌های بعدی را تعیین می‌کنند.”
در این تحقیق، چن و همکارانش از دانشگاه پورتسموث و دانشگاه هایدلبرگ برای نشان دادن اینکه چگونه عناصر سنگین حاصل از انفجار ابرنواخترها بر تشکیل اولین ستاره‌ها در کیهان و متعاقبا شکل‌گیری ستاره‌های بعدی کمک کرده از شبیه‌سازی ابررایانه ادیسون در مرکز محاسبات علمی پژوهشی ملی (NERSC) متعلق به آزمایشگاه ملی لارنس برکلی استفاده کردند. این ایده تحقیق قبلی چن در مورد ابرنواخترها را به حیطه کیهانشناسی گسترش داده است.”
چن گفت: “ما می‌خواستیم نحوه مرگ ستاره‌های پرجرم در کیهان اولیه –ابرنواختر- همچنین تاثیرات بعدی این انفجارها بر شکل‌گیری ستاره‌های کیهان را درک کنیم. سناریوهای بسیاری وجود دارد که انتقال عناصر سنگین از اولین ابرنواخترها به ستارگان نسل دوم را تشریح می‌کنند. اما شبیه‌سازهای کیهانشناسی مدل‌سازی‌ها را در مقیاس بزرگ انجام می‌دهد. کیهان‌شناسان تمایل دارند شکل‌گیری کهکشان‌ها یا ساختارهای کیهانی را ببینند. اما در این نوع از شبیه‌سازی‌ها شما قادر به نمایش جزئیات کوچک نیستید، مثلا مشاهده ساختارهای ظریف در نحوه تاثیر دقیق ابرنواخترها روی گاز اطرافشان و چگونگی تغییر شکل‌گیری ستاره.”
تبخیرتصویری هاله ماده تاریک
بنابراین چن و همکارانش غنی‌سازی شیمیایی هاله ماده تاریک از طریق فلزات یک انفجار ابرنواختر در همسایگی ستاره شباهنگ بعد از تبخیر جزئی آن را به وسیله یک شبیه‌سازی کوچک-مقیاس با کیفیت بالا اجرا کردند. این تیم برای انجام شبیه‌سازی‌های دو و سه بُعدی در مرکز محاسبات علمی پژوهشی ملی صدها هزار ساعت محاسبات انجام دادند، که به آنها کمک کرد نقش تبخیرتصویری هاله ماده تاریک– جایی که تابش پرانرژی، گاز را یونیزه کرده و باعث دور شدنش از هاله می‌شود – را علاوه بر نحوه شکل‌گیری اولیه ستاره‌ها، روی تجمع کهکشان‌های بعدی نیز بررسی کنند.
چن توضیح می‌دهد: “در کیهان اولیه ستاره‌ها بسیار پرجرم بودند و تابش‌هایی که منتشر می‌کردند بسیار قوی بودند. بنابراین اگر شما قبل از انفجار ستاره و ایجاد یک ابرنواختر چنین تابشی داشتید، این تابش باعث تخریب جدی در گاز اطراف هاله ستاره می‌شد.”
او تاکید کرد: تبخیر جزئی هاله قبل از انفجار، برای غنی‌سازی بعدی توسط ابرنواختر بسیار مهم است.همچنین، چگونگی مخلوط شدن فلزات حاصل از انفجار با هاله برای پیشبینی مقدار فلزات در یک ستاره نسل دوم دارای اهمیت است؛ که بر اندازه و جرم این ستاره‌ها و در نتیجه، ترکیب کهکشان تاثیر می‌گذارد. چن اشاره کرد، اما مطالعات قبلی کیهانشناسی نتوانسته بود بین شکل‌گیری ستاره و تشکیل کهکشان‌ها با این مقدار جرئیات ارتباط برقرار کند. این چیزی است که منجر شد محققان از یک رویکرد چند-مقیاسی و مولتی‌فیزیکس با دو کد متفاوت استفاده کنند.زئوس-ام پی (ZEUS-MP) منتقل کننده تابش لازم برای تبخیر هاله و کاسترو (CASTRO) پالایش تور (mesh) تطبیقی مورد نیاز برای حل موضوع تصادم فلز خروجی با هاله، که در آزمایشگاه برکلی توسعه یافته.
چن گفت: “جزئیات فنی و فیزیکِ متفاوت این شبیه‌سازی‌ها بسیار پیچیده‌تر و دشوار است. اما ما در حال تلاش برای پر کردن شکاف بین شبیه‌سازی‌های ستاره‌ای کوچک-مقیاس و کهکشانی بزرگ-مقیاس هستیم.” و اضافه کرد که او باور دارد این اولین مطالعه در این حوزه است و ادامه داد: ” ما در حال تلاش برای از میان برداشتن مرز و مرتبط کردن دو چیزی هستیم که بسیار متفاوت به نظر می‌رسد ولی واقعا نزدیکند.”
