هر ده سال یک بار منجمان در آمریکا مطالعه‌اى را به نام “ارزیابى ده‌سالانه‌ی اخترشناسى و اخترفیزیک” (Astronomy and Astrophhysics Decadal Survey) انجام مى‌دهند که وضعیت نجوم را در گذشته و در حال حاضر بررسى کرده و مسیر نجوم را در دهه‌ی پیش رو پیشنهاد کرده و یا پیش‌بینى مى‌کند. براى این ارزیابى منجمان از سراسر کشور مقالاتی درباره‌ی موضوعات گوناگون نجومی می‌نویسند که در آن به وضعیت دانش نجوم در آن موضوع خاص و آنچه برای پیشرفت در آن موضوع از نظر ابزاری و تکنولوژی در آینده نیاز است، می‌پردازند. به این مقالات، مقالات سفید می‌گویند. سپس هیاتى از منجمان جمع‌بندى این مطالعات و ارزیابى‌ها را تهیه کرده و در اختیار نهادهاى گوناگون، از جمله کنگره‌ی آمریکا، قرار مى‌دهند تا براى تصمیم‌گیرى‌هاى اساسى از آن استفاده شود. تاکنون شش ارزیابی نجوم تهیه شده است (نخستین ارزیابی در سال ۱۹۶۴ بود). امسال نیز ارزیابی نجوم دهه‌ی ۲۰۲۰ در حال تنظیم و بررسی است. به همین منظور، اسطرلاب تصمیم گرفته است به مرور، خلاصه‌ای از برخی از مقاله‌های سفید ارزیابی دهه‌ی ۲۰۲۰ را منتشر کند. پنجمین مقاله‌ی این مجموعه به موضوع شبیه‌سازی‌های تجربی کهکشان‌ها می‌پردازد. ——————————————————————————————————————————————————— در طی قرون، مدل‌های تجربی برای بهتر فهمیده شدن قوانین فیزیکی حاکم بر کیهان بسیار استفاده شده‌اند. یکی از مثال‌های معروف آن، قوانین مداری کپلر برای توضیح حرکت سیارات به گرد خورشید است (روابطی کاملا تجربی که ارتباط بین دوره‌ی مداری، فاصله‌ی سیاره از خورشید و سایر مشخصات مداری سیارات را نشان می‌داد). این قوانین تجربی نقش کلیدی در شکل‌گیری قوانین نیوتونی در دهه‌های آینده داشتند. قوانین تجربی مدل‌های شکل‌گیری کهکشان‌ها نیز رابطه‌ی میان کهکشان‌ها، گازهای اطراف آن‌ها، و هاله‌های ماده‌ی تاریک را نشان می‌دهند که به ما کمک می‌کنند قوانین فیزیکی حاکم بر این روابط را بهتر بفهمیم. شکل ۱: رابطه‌ی میان جرم ستاره‌ای کهکشان‌ها (محور عمودی) و جرم هاله‌ی ماده‌ی تاریک کهکشان‌ها (محور افقی) در کیهان کنونی (z=0). خطوط رنگی تقریب‌های گوناگون برای این رابطه را نشان می‌دهند. نمودار از مقاله‌ی Behroozi et al. 2018 برای مثال، به طور میانگین جرم ستاره‌ای کهکشان‌ها را به شکل تابعی از جرم هاله‌ی ماده‌ی تاریک دربردارنده‌ی کهکشان و انتقال‌به‌سرخ (فاصله) کهکشان می‌توان نشان داد (شکل ۱). شکل حقیقی این تابع مشخص نیست چون فیزیک آن را به طور دقیق نمی‌دانیم، اما می‌توان شکل تابع را با توابع ساده‌تر (مثلا دو تابع نمایی) تقریب زد. همان‌طور که در شکل ۱ می‌بینید، تقریب‌های مختلف این تابع نتایج یکسانی به ما می‌دهند. این تابع به ما می‌گویند که چگونه با استفاده از شبیه‌سازی‌های ماده‌ی تاریک، یک کیهان مرئی (شامل کهکشان‌ها و ستاره‌ها) را شبیه‌سازی کنیم. بنابراین، با آزمون و خطا می‌توان کیهان‌های گوناگونی را شبیه‌سازی کرد و آن‌ها را با رصدهای حقیقی مقایسه کرد تا دقتشان سنجیده شود. اهمیت این روش تجربی در آن است که تابع به دست‌آمده در این روش هیچ وابستگی مستقیمی به فیزیک گاز و محتویات کهکشان‌ها ندارد. در عوض، نتیجه‌ی رابطه‌ی میان جرم ستاره‌ای و جرم ماده‌ی تاریک کهکشان‌ها است که خود نتیجه‌ی همه‌ی تحولات فیزیکی در کیهان حقیقی هستند. نتیجه‌ی این روش مستقل از دانش ما (یا عدم دانش ما) درباره‌ی قوانین فیزیکی حاکم است، به این معنا که این تابع می‌تواند قوانین و شرایط فیزیکی‌ای را به ما نشان بدهد که در ابتدا فرض نشده بودند. با کمک مدل‌های تجربی می‌توان تحول کهکشان‌ها را در طول زمان بررسی کرد. شکل ۲ تغییرات ظاهری یک کهکشان را (بر اساس یک شبیه‌سازی تجربی) در زمان‌های گوناگون از حدود ۱۱.۵ میلیارد سال پیش (انتقال‌به‌سرخ ۳) تا امروز (انتقال‌به‌سرخ ۰) نشان می‌دهد. از مقایسه‌ی پیش‌بینی‌های مدل‌های تجربی در دوره‌های کیهانی مختلف با رصدهای کهکشان‌های حقیقی در آن دوره‌ها می‌توان تاریخچه‌ی تحول کهکشان‌ها را بررسی کرد. به طور مثال، نتیجه‌ی تحول سریع کهکشانی، تعداد کهکشان‌های کمتر در دوره‌های دیرتر (انتقال‌به‌سرخ پایین‌تر) است. به همین علت در درسترس بودن داده‌های رصدی عظیم از مناطق وسیع آسمان یکی از لازمه‌های شناخت بهتر ما از کیهان است. چنین پیمایش‌های عظیم آسمانی در آینده به کمک رصدخانه‌های جدید مانند LSST، جیمز وب، WFIRST، و تلسکوپ‌های چند-ده-متری امکان‌پذیر خواهد شد. «فیلمی» از تحول یک کهکشان از ۱۱.۵ میلیارد سال پیش (z=3، پایین سمت راست) تا کنون (z=0، بالا سمت چپ). نمودار از Papovich et al. 2015 عنوان اصلی مقاله: Astro2020: Empirically Constraining Galaxy Evolution گردآوری: آیرین شیوایی
نویسندگان: Peter Behroozi et al.
لینک اصلی مقاله: https://arxiv.org/abs/1903.04509
دسته‌ها: مقالات آموزشی
