सार:
खगोलविदों ने प्रारंभिक ब्रह्मांड का अब तक का सबसे बड़ा और सबसे परिष्कृत सिमुलेशन बनाने के लिए दुनिया के सबसे शक्तिशाली सुपर कंप्यूटरों में से एक का उपयोग किया है। "लुमिना" नामक यह शोध परियोजना ब्रह्मांड के जन्म के बाद पहले 2 अरब वर्षों के विकास को फिर से बनाती है। सिम्युलेटेड क्षेत्र प्रत्येक तरफ लगभग 1.5 बिलियन प्रकाश वर्ष लंबा है। इसका उद्देश्य वैज्ञानिकों को यह समझने में मदद करना है कि पहले तारे और आकाशगंगाएँ कैसे बनीं, और कैसे डार्क मैटर और विकिरण संयुक्त रूप से आज के ब्रह्मांड को आकार देते हैं।
लुमिना को हार्वर्ड यूनिवर्सिटी और स्मिथसोनियन इंस्टीट्यूशन के संयुक्त ऑपरेशन, सेंटर फॉर एस्ट्रोफिजिक्स के शोधकर्ताओं द्वारा विकसित किया गया था। शोध के परिणाम 26 अक्टूबर, 2026 को "रॉयल एस्ट्रोनॉमिकल सोसाइटी के मासिक नोटिस" में प्रकाशित किए गए थे। शोध टीम को उम्मीद है कि इस आभासी ब्रह्मांड का उपयोग जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप और नैन्सी ग्रेस रोमन स्पेस टेलीस्कोप द्वारा प्राप्त डेटा के साथ सैद्धांतिक मॉडल की तुलना करने के लिए किया जाएगा, जिसे जल्द ही वैज्ञानिक अवलोकन में रखा जाएगा, जिससे परीक्षण किया जा सके कि क्या मौजूदा ब्रह्माण्ड संबंधी सिद्धांत प्रारंभिक ब्रह्मांड की वास्तविक उपस्थिति की व्याख्या कर सकते हैं।
आधुनिक खगोल विज्ञान पृथ्वी से बहुत दूर की आकाशगंगाओं का निरीक्षण करने में सक्षम है। इन वस्तुओं से प्रकाश को पृथ्वी तक पहुँचने में अरबों वर्ष लगते हैं, इसलिए दूरबीनें वास्तव में मनुष्यों को ब्रह्मांड के प्रारंभिक इतिहास को देखने में मदद कर सकती हैं। हालाँकि, अकेले अवलोकन पूरी तरह से यह समझाने के लिए पर्याप्त नहीं हैं कि ये आकाशगंगाएँ कैसे बनीं। ब्रह्मांड की प्रारंभिक स्थितियों से लेकर ज्ञात भौतिक नियमों के आधार पर, अरबों वर्षों में पदार्थ और ऊर्जा कैसे बदलते हैं, इसका पता लगाने के लिए वैज्ञानिकों को कंप्यूटर सिमुलेशन का उपयोग करने की भी आवश्यकता है।
इस प्रकार का अनुकरण एक आभासी प्रयोगशाला स्थापित करने के बराबर है। शोधकर्ता विभिन्न भौतिक स्थितियों को समायोजित कर सकते हैं, सितारों, आकाशगंगाओं, गैस और अंधेरे पदार्थ के बीच बातचीत का निरीक्षण कर सकते हैं और वास्तविक खगोलीय टिप्पणियों के साथ सिमुलेशन परिणामों की तुलना कर सकते हैं। यदि दोनों मेल खाते हैं, तो इसका मतलब है कि मौजूदा सिद्धांत को और अधिक समर्थन प्राप्त हुआ है; यदि स्पष्ट मतभेद हैं, तो यह संकेत दे सकता है कि ब्रह्मांड के विकास के बारे में वैज्ञानिकों की समझ में अभी भी कमियां हैं।
लुमिना की सबसे खास विशेषता इसका पैमाना है। संपूर्ण सिमुलेशन एक घन क्षेत्र को कवर करता है जिसकी भुजा की लंबाई लगभग 1.5 बिलियन प्रकाश वर्ष है, जो पिछले समान सिमुलेशन से 100 गुना बड़ा है। इतना बड़ा स्थानिक दायरा शोधकर्ताओं को ब्रह्मांड में बड़े पैमाने पर संरचनाओं के निर्माण के साथ-साथ व्यक्तिगत आकाशगंगाओं, सितारों और यहां तक कि ब्लैक होल के आसपास होने वाली भौतिक प्रक्रियाओं का एक साथ निरीक्षण करने की अनुमति देता है।
यह शोध विकिरण हाइड्रोडायनामिक्स कॉस्मिक सिमुलेशन का हिस्सा है। उन मॉडलों के विपरीत जो केवल पदार्थ के वितरण को ट्रैक करते हैं, इसमें गैस, डार्क मैटर और विकिरण के बीच जटिल इंटरैक्शन की गणना की भी आवश्यकता होती है। हालाँकि डार्क मैटर को सीधे प्रकाश के माध्यम से नहीं देखा जा सकता है, यह गुरुत्वाकर्षण के माध्यम से आकाशगंगाओं और अन्य ब्रह्मांडीय संरचनाओं के निर्माण को प्रभावित कर सकता है; तारों जैसी चमकदार वस्तुओं द्वारा छोड़ा गया विकिरण आसपास की गैस के तापमान और भौतिक स्थिति को बदल देगा, जिससे ब्रह्मांड के बाद के विकास पर असर पड़ेगा।
अनुसंधान टीम ने ब्रह्मांड के इतिहास में एक अत्यंत महत्वपूर्ण चरण - पुनर्आयनीकरण अवधि - पर विशेष ध्यान दिया। ब्रह्मांड के शुरुआती दिनों में हाइड्रोजन और हीलियम गैस बड़ी मात्रा में थी। जैसे ही पहले तारे और अन्य चमकदार वस्तुएं दिखाई दीं, उनके द्वारा छोड़े गए उच्च-ऊर्जा विकिरण ने धीरे-धीरे परमाणुओं से इलेक्ट्रॉनों को छीन लिया, जिससे आसपास की गैस आयनित अवस्था में बदल गई। इस प्रक्रिया ने ब्रह्मांड में गैस के गुणों को गहराई से बदल दिया, और आकाशगंगाओं और ब्रह्मांड की बड़े पैमाने की संरचनाओं के बाद के विकास के लिए स्थितियां भी बनाईं।
लुमिना की एक महत्वपूर्ण सफलता यह है कि इस पैमाने के सिमुलेशन में पहली बार, हीलियम पुनर्आयनीकरण प्रक्रिया को गतिशील रूप से ट्रैक किया जा सकता है, और हीलियम आयनीकरण के कारण होने वाले परिवर्तन सिमुलेशन में अन्य भौतिक प्रक्रियाओं को तुरंत प्रभावित कर सकते हैं। पहले, हालांकि शोधकर्ता कुछ संबंधित घटनाओं का अलग से अध्ययन करने में सक्षम थे, लेकिन ब्रह्मांड की समग्र संरचना और सूक्ष्म वस्तुओं को एक साथ ध्यान में रखना मुश्किल था जो इतनी बड़ी स्थानिक सीमा में इन परिवर्तनों को संचालित करते हैं।
अध्ययन में भाग लेने वाले डलास में टेक्सास विश्वविद्यालय में भौतिकी के सहायक प्रोफेसर आरोन स्मिथ ने कहा कि अनुसंधान टीम अब यह ट्रैक करने में सक्षम है कि ब्रह्मांड की इतनी विशाल श्रृंखला में हाइड्रोजन और हीलियम धीरे-धीरे उन स्थितियों में कैसे परिवर्तित हो गए जिनसे वे आज परिचित हैं, जबकि इस परिवर्तन को चलाने वाली आकाशगंगाओं और अन्य चमकदार वस्तुओं का निरीक्षण करने के लिए अभी भी पर्याप्त रिज़ॉल्यूशन बरकरार है।
ऐसे जटिल सिमुलेशन को पूरा करने के लिए बेहद बड़े कंप्यूटिंग संसाधनों की आवश्यकता होती है। शोधकर्ताओं ने संयुक्त राज्य अमेरिका में ओक रिज नेशनल लेबोरेटरी में फ्रंटियर सुपरकंप्यूटर का उपयोग किया और गणना को पूरा करने के लिए 15,000 से अधिक ग्राफिक्स प्रोसेसर का उपयोग किया। फ्रंटियर दुनिया के सबसे तेज़ सुपर कंप्यूटरों में से एक है, और इसकी शक्तिशाली समानांतर कंप्यूटिंग शक्ति अनुसंधान टीम को व्यक्तिगत आकाशगंगाओं, सितारों और ब्लैक होल का अध्ययन करने के लिए आवश्यक विवरण बनाए रखते हुए सिमुलेशन के दायरे का विस्तार करने की अनुमति देती है।
शोधकर्ताओं का कहना है कि ल्यूमिना केवल ब्रह्मांड के विकास का एक दृश्य प्रदर्शन बनाने के बारे में नहीं है। इसका अधिक महत्वपूर्ण मूल्य वैज्ञानिकों को विभिन्न ब्रह्माण्ड संबंधी स्पष्टीकरणों का परीक्षण करने और भविष्य के दूरबीन अवलोकनों के लिए सत्यापन योग्य भविष्यवाणियां प्रदान करने में मदद करना है। उदाहरण के लिए, शोधकर्ता आगे विश्लेषण करेंगे कि विभिन्न आकाशगंगाओं के बीच गैस कैसे बहती है, बिग बैंग से बचा हुआ विकिरण ब्रह्मांड के विकास को कैसे प्रभावित करता है, और उन क्षेत्रों में कैसे परिवर्तन होता है जहां विशेष रूप से सक्रिय तारा बनता है और बदलता है।
चूंकि जेम्स वेब स्पेस टेलीस्कोप और रोमन स्पेस टेलीस्कोप जैसे उपकरण दूर के ब्रह्मांड का अधिक विस्तृत अवलोकन डेटा प्रदान करना जारी रखते हैं, इसलिए ल्यूमिना के सैद्धांतिक मॉडल और वास्तविक अवलोकनों को जोड़ने वाला एक महत्वपूर्ण उपकरण बनने की उम्मीद है। वैज्ञानिक नकली ब्रह्मांड की तुलना वास्तविक ब्रह्मांड से कर सकते हैं, ऐसी घटनाओं की तलाश कर सकते हैं जिन्हें मौजूदा सिद्धांत समझा सकते हैं, साथ ही उन अंतरों की भी तलाश कर सकते हैं जिन्हें अभी भी उचित रूप से समझाया नहीं जा सका है।
अनुसंधान टीम को उम्मीद है कि 1.5 अरब प्रकाश-वर्ष तक फैला यह आभासी ब्रह्मांड अंततः मनुष्यों को यह समझने में अधिक गहराई से मदद करेगा कि बिग बैंग के बाद पहले 2 अरब वर्षों में क्या हुआ था, और प्रारंभिक ब्रह्मांड के पदार्थ और ऊर्जा से पहली आकाशगंगाओं का जन्म कैसे हुआ था।
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