مشروع ميغاترون الحاسوبي يكشف كيف أعادت أولى نجوم الكون تشكيل محيطها

كشف فريق بحثي بقيادة جامعة باث البريطانية، بالتعاون مع جامعة شيكاغو الأمريكية ومعهد باريس للفيزياء الفلكية، عن أربع دراسات جديدة ضمن مشروع محاكاة حاسوبية ضخم يُعرف باسم ميغاترون، يهدف إلى إعادة بناء تفاصيل دقيقة عن أولى النجوم والمجرات التي تشكلت في الكون المبكر، وكيف ساهمت هذه النجوم في نشر العناصر الكيميائية الأساسية اللازمة لتكوّن الكواكب والحياة في مراحل لاحقة من عمر الكون.

ويحاول المشروع تجسير الهوة بين مصدرين مختلفين تماماً من الأدلة الرصدية حول نشأة الكون الأولى: من جهة، البيانات الحديثة التي يرصدها تلسكوب جيمس ويب الفضائي لمجرات رضيعة بعيدة جداً، تعود إلى حقبة قريبة من بداية الكون؛ ومن جهة أخرى، المنهج المعروف بعلم الآثار النجمية، الذي يدرس التركيب الكيميائي لأقدم النجوم الباقية حتى اليوم داخل مجرة درب التبانة، بحثاً عن آثار كيميائية محفوظة منذ تلك الحقبة البعيدة. ويوضح الباحث مارتن ري، المتحدث الرئيسي باسم المشروع، أن ميغاترون يوفر جسراً فيزيائياً حقيقياً يربط بين هذين المصدرين من الأدلة، بما يسمح بفهم أعمق لكيفية تطابق أو تباين النتائج المستخلصة من كل منهما.

ويتميز مشروع ميغاترون بضخامة الموارد الحاسوبية المخصصة له، حيث استُخدم نحو 40 مليون ساعة معالجة على حواسيب عملاقة فائقة في المملكة المتحدة، وهو ما يعادل تشغيل خمسة ملايين حاسوب محمول في آن واحد لمدة عام كامل متواصل. وبدأ المشروع فعلياً في عام 2023، ومن المقرر أن يستمر العمل عليه حتى عام 2030، في ظل خطط لإصدار مزيد من الدراسات التفصيلية تباعاً مع تقدم العمل.

ومن أهم ما توصلت إليه الدراسات الأربع الأخيرة أن النماذج الحاسوبية الأبسط المستخدمة سابقاً في هذا المجال كانت تقلل من حجم تأثير الإشعاع النجمي والعمليات الكيميائية المصاحبة لتكوّن النجوم الأولى على الغازات المحيطة بالمجرات الناشئة. فحين تتكون النجوم الأولى من الغاز البدائي للمجرة، فإنها تصدر كميات هائلة من الإشعاع تُسخّن الغاز المحيط وتعيد توزيعه، كما تنفث عند موتها عناصر كيميائية ثقيلة تخلّقت داخلها إلى الفضاء المحيط، في عملية تُعرف بالتخصيب الكيميائي للمجرات، وهي العملية التي تزداد بها تدريجياً نسبة العناصر الثقيلة في غاز المجرات بمرور الزمن.

وتحمل هذه النتيجة أهمية خاصة لأنها تعني أن النماذج النظرية المستخدمة سابقاً للتنبؤ بخصائص المجرات المبكرة ربما كانت غير دقيقة بما يكفي، وأن محاكاة أكثر تفصيلاً كتلك التي يقدمها مشروع ميغاترون ضرورية لفهم كيفية تطور المجرات الأولى بدقة تتوافق مع الأرصاد الحديثة التي يوفرها تلسكوب جيمس ويب، والذي يمكّن العلماء لأول مرة من رصد مجرات قريبة جداً من حقبة الكون المبكرة بوضوح غير مسبوق.

وتسمح هذه المحاكاة الدقيقة أيضاً بربط الأدلة النجمية القديمة الموجودة في مجرتنا مباشرة بظروف تكوّن النجوم في الكون البعيد زمنياً، وهو ربط كان يصعب تحقيقه بدقة كافية باستخدام الطرق النظرية التقليدية الأبسط. فعلم الآثار النجمية يعتمد على تحليل كيميائي دقيق لأقدم النجوم في مجرتنا لمعرفة بصمة كيميائية تشبه إلى حد بعيد ما كانت عليه الظروف وقت تكوّن النجوم الأولى في الكون، لكن ربط هذه البصمة بشكل كمي دقيق بظروف فيزيائية محددة يتطلب نماذج حاسوبية متطورة كتلك التي يوفرها ميغاترون.

ولا تقتصر أهمية هذه الأبحاث على الفضول العلمي وحسب؛ فدول المنطقة العربية باتت تُسهم بشكل متزايد في استكشاف الفضاء وعلم الكون. ومن أبرز الأمثلة مسبار الأمل الإماراتي الذي رصد الغلاف الجوي للمريخ في مهمة علمية ناجحة، وهيئة الفضاء السعودية التي تُطوّر قدراتها في الفيزياء الفلكية، فضلاً عن مراكز الفلك في مصر والجزائر والمغرب. وتُمثّل نتائج مشروع ميغاترون دعوةً ضمنية لهذه المؤسسات إلى الانخراط في أبحاث الكون المبكر والاستفادة من بيانات تلسكوب جيمس ويب في فهم النشأة الكونية التي تربطنا بعلماء العرب القدماء الذين أرسوا أُسس علم الفلك.

ويخطط الفريق البحثي لمواصلة إصدار نتائج إضافية من المشروع على مدى السنوات المقبلة حتى اكتماله في عام 2030، على أمل أن توفر هذه السلسلة من الدراسات فهماً أكثر اكتمالاً لكيفية انتقال الكون من حالته البدائية الخالية من العناصر الثقيلة إلى الحالة الغنية كيميائياً التي سمحت في النهاية بتكوّن الكواكب الصخرية والعناصر اللازمة لظهور الحياة.