ब्रह्मांडीय सिमुलेशन अरबों वर्षों में होने वाले आकाशगंगाओं के विकास को देखने योग्य प्रक्रिया में बदल देते हैं। IllustrisTNG शुरुआती ब्रह्मांड में पदार्थ के वितरण से शुरू होकर डार्क मैटर, गैस, तारों, ब्लैक होल और चुंबकीय क्षेत्रों के संयुक्त विकास की गणना करता है। TNG50 के शोध और आधिकारिक वीडियो दिखाते हैं कि गैस कैसे इकट्ठी होती है, तारे कैसे बनते हैं और गैस के अंतर्वाह तथा फीडबैक से आकाशगंगीय डिस्क कैसे आकार लेती है।
मुख्य बातें
- IllustrisTNG, AREPO कोड की मदद से आभासी ब्रह्मांड में आकाशगंगाओं के विकास की गणना करता है और डार्क मैटर, गैस, तारों, अतिविशाल ब्लैक होल तथा चुंबकीय क्षेत्रों को एक साथ ट्रैक करता है।
- शोध दल का TNG50 वीडियो दिखाता है कि अशांत गैस से एक आकाशगंगा की सुव्यवस्थित डिस्क कैसे बनती है। वर्तमान काल तक उसका द्रव्यमान एंड्रोमेडा आकाशगंगा के करीब पहुँच जाता है।
- तारों और ब्लैक होल का फीडबैक आसपास की गैस में ऊर्जा लौटाता है। यह लगातार भीतर आने वाले पदार्थ के साथ मिलकर आकाशगंगा के विकास को नियंत्रित करता है।
- मॉडल का अंशांकन और परीक्षण प्रेक्षणों के सांख्यिकीय आँकड़ों से किया जाता है। यह आकाशगंगाओं की आबादी में दिखने वाली प्रवृत्तियाँ समझाता है, लेकिन छोटे पैमाने की भौतिकी के लिए सन्निकटन आवश्यक हैं।
गैस चारों ओर से भीतर आती है, छोटी संरचनाएँ पास आकर आपस में विलय करती हैं और बीच में धीरे-धीरे एक घूमती हुई डिस्क उभरती है। सुपरकंप्यूटर अरबों वर्षों के आकाशगंगीय विकास को लगातार चलती छवियों में बदल देता है, जिससे हम देख सकते हैं कि ब्रह्मांडीय परिवेश से एक आकाशगंगा कैसे आकार लेती है। IllustrisTNG के शोध और सार्वजनिक दृश्यांकन इस लंबे इतिहास को ऐसी भौतिक प्रक्रिया में बदलते हैं जिसे ट्रैक किया जा सकता है, जिसका विश्लेषण हो सकता है और जिसे प्रेक्षणों से परखा जा सकता है।
पहले पदार्थ विकसित होता है, फिर आकाशगंगाएँ उभरती हैं
IllustrisTNG एक विशाल आभासी ब्रह्मांड बनाता है और रेडशिफ्ट z＝127 की शुरुआती अवस्था से z＝0 तक उसकी गणना करता है। इसमें डार्क मैटर के गुरुत्वाकर्षण के साथ गैस का प्रवाह, उसका ठंडा होना और चुंबकीय क्षेत्र ट्रैक किए जाते हैं। तारा निर्माण, रासायनिक तत्वों का उत्पादन, ब्लैक होल का विकास और ऊर्जा फीडबैक भी शामिल हैं। इन प्रक्रियाओं की परस्पर क्रिया से आकाशगंगाओं के आकार धीरे-धीरे बनते हैं।
डार्क मैटर से बनी संरचनाएँ गुरुत्वाकर्षण का ढाँचा देती हैं और गैस ब्रह्मांडीय जाल के साथ अधिक घने क्षेत्रों में जमा होती है। ठंडी होने के बाद गैस तारा निर्माण के लिए उपलब्ध होती है, जबकि घूर्णन, अभिवृद्धि और विलय आकाशगंगाओं के आकार तथा फैलाव को लगातार बदलते रहते हैं। शोधकर्ता जानना चाहते हैं कि विकास के कौन-से इतिहास डिस्क को बचाए रखते हैं और कौन-सी अंतःक्रियाएँ आकाशगंगा का रूप बदल देती हैं।
अशांत गैस से बनती एक डिस्क
शोध दल का एक आधिकारिक TNG50 वीडियो “g1” नाम की आकाशगंगा को ट्रैक करता है। शुरुआत में अशांत गैस के भंडार में तेजी से तारे बनते हैं। रेडशिफ्ट लगभग 2 तक घटने के बाद गैस धीरे-धीरे अधिक सुव्यवस्थित डिस्क बनाती है। इसके बाद बड़े विलयों की कमी वाला अपेक्षाकृत शांत विकास, तारकीय फीडबैक और आसपास से आने वाली गैस के बीच धीरे-धीरे संतुलन बनने देता है। वर्तमान काल तक इस सिमुलेट की गई आकाशगंगा का द्रव्यमान एंड्रोमेडा आकाशगंगा के करीब हो जाता है। स्थानीय समूह के दृश्य में एंड्रोमेडा और आसपास की आकाशगंगाओं का स्थानिक वितरण देखें; g1 एक सिमुलेट किया गया उदाहरण है।
यह उदाहरण TNG50 के आकाशगंगाओं की आबादी पर किए गए अध्ययन से भी मेल खाता है। मॉडल का अनुमान है कि ब्रह्मांडीय समय के साथ तारे बनाने वाली आकाशगंगाओं में डिस्क के आकार वाली आकाशगंगाओं का अनुपात बढ़ता है। TNG50 का उच्च रिज़ॉल्यूशन दल को केवल एक सुंदर विकास क्रम देखने के बजाय अनेक आकाशगंगाओं की मोटाई, आकार और घूर्णन का एक साथ अध्ययन करने देता है।
आकाशगंगाएँ गैस लेती भी हैं और बाहर धकेलती भी हैं
विकास के दौरान पदार्थ लगातार भीतर आता है और ऊर्जा लगातार बाहर की ओर पहुँचती है। सुपरनोवा और पदार्थ का अभिवर्धन कर रहे अतिविशाल ब्लैक होल आसपास की गैस में ऊर्जा डालते हैं, जिससे आकाशगंगा के पैमाने पर बहिर्वाह पैदा होता है। यह “फीडबैक” गैस को गर्म कर सकता है, कुछ पदार्थ को आकाशगंगा से बाहर धकेल सकता है और आगे तारे बनाने के लिए उपलब्ध ईंधन को बदल सकता है।
TNG50 का एक अन्य शोध इन बहिर्वाहों का विश्लेषण करता है और दिखाता है कि ब्लैक होल तथा तारकीय फीडबैक मिलकर आकाशगंगा के आसपास की गैस को कैसे आकार देते हैं। अंतर्वाह और बहिर्वाह को साथ देखने पर आकाशगंगा एक ऐसी प्रणाली लगती है जो अपने परिवेश से लगातार पदार्थ का आदान-प्रदान करती है। डिस्क का बनना और तारा निर्माण की दर, दोनों इस आदान-प्रदान से जुड़े हैं।
आभासी आकाशगंगाओं को वास्तविक आकाश की कसौटी पर परखना
IllustrisTNG मॉडल का अंशांकन आकाशगंगाओं के प्रेक्षित द्रव्यमान वितरण, आकार, ब्लैक होल और उनकी मेजबान आकाशगंगाओं के संबंध तथा ब्रह्मांडीय तारा निर्माण के इतिहास जैसे सांख्यिकीय आँकड़ों से करता है। फिर दूसरे प्रेक्षणों से उसके पूर्वानुमान परखे जाते हैं। गणना आकाशगंगाओं की आबादी की कई विशेषताएँ दोहरा सकती है और उन जगहों को भी उजागर करती है जहाँ मॉडल तथा वास्तविक ब्रह्मांड में अंतर रह जाता है।
सिमुलेशन का स्थानिक और द्रव्यमान रिज़ॉल्यूशन सीमित है। तारों के जन्म और ब्लैक होल के पास की कुछ बारीकियों के लिए छोटे पैमाने के शोध तथा प्रेक्षणों पर आधारित सन्निकट मॉडल आवश्यक हैं। इसलिए केवल यह देखना अहम नहीं कि सर्पिल भुजाएँ कैसे उभरती हैं; यह भी जाँचना होता है कि क्या वही भौतिकी एक साथ अनेक अलग-अलग आकाशगंगाओं को समझा सकती है। जब आभासी ब्रह्मांड में वास्तविक आकाश जैसी संरचनाएँ बनने लगती हैं, तब हम अधिक ठोस ढंग से जाँच सकते हैं कि आकाशगंगाएँ आज जैसी क्यों दिखती हैं।
आकाशगंगा के विकास में पदार्थ का चक्र
नीचे का चित्र पदार्थ के आदान-प्रदान को एक चक्र के रूप में दिखाता है। नीली गैस आसपास से आकाशगंगा की ओर आती है और तारा निर्माण के लिए ईंधन देती है। सुनहरी गैस तारों और ब्लैक होल के फीडबैक से धकेली जाती है और डिस्क के ऊपर तथा नीचे अपेक्षाकृत खुले रास्तों में बाहर फैलती है। कुछ बाहर जाती गैस धीमी पड़ती है और हल्के बैंगनी चापों के साथ आकाशगंगा के बाहरी हिस्सों में लौटती है, जिससे “आकाशगंगीय फव्वारा” बनता है। यह आना-जाना गैस का पुनर्वितरण करता है और डिस्क के विकास से परस्पर जुड़ा है। रंग, तीर और अनुपात केवल प्रक्रियाओं को अलग दिखाने के लिए हैं; वे किसी खास समय के सटीक मान नहीं दर्शाते।
