کهکشان‌ها از تولد تا مرگ (چگونگی زندگی)

دانشمندان، گازها را در زمان و فضا دنبال می‌کنند تا چگونگی توده‌ای شکل شدن ستاره‌ها جهت تولد یا مرگ را، بهتر درک کنند. این تصویر از قسمتی از ابر ماژلانی بزرگ گازی شکل است که به رنگ سفید می‌درخشد. توسط اختری تازه متولدشده در کهکشان راه شیری است، روشن می‌شود. بیشتر گاز کیهانی قابل رؤیت نیست و در خارج از کهکشان در هاله ابری شکل در فضای وسیع اطراف آن قرارگرفته است. هنوز گاز دوره عمر کهکشانی را معین می‌کند. برای آشنایی بیشتر با کهکشان‌ها با ما همراه باشید.

جهان پس از تولد

مدت کوتاهی پس از تولد, جهان پر از گاز شد که بیشتر هیدروژن بود. در طول زمان، اینجاوآنجا، جاذبه گاز را به سمت ابرهایی کشید که به درون کهکشان‌ها چرخانده و کشیده می‌شدند و در آن ستارگان شعله‌ور می‌گشتند. ستاره‌ها با گرمای هسته‌ای گازها می‌سوزند و می‌درخشند، در آنجا گازها در اثر انفجار از بین رفته‌اند و برخی از آنها به بیرون از محیط کهکشانی رانده‌شده‌اند. در فضای بین ستاره‌ای، گاز سرد شده و چگال می‌شود، تا وقتی‌که جاذبه آن را به درون کهکشانی که در حال تشکیل ستاره‌های جدید است، بکشد و باز به درون کهکشان بازمی‌گردد. این فرآیند تکرار می‌شود؛ جاذبه، گاز درون کهکشان و ستاره‌ها را متراکم می‌کند، در ستاره‌ها انفجارهایی رخ می‌دهد و گازها را به‌شدت به بیرون می‌راند، جاذبه دوباره گاز را به داخل برمی‌گرداند و ستاره‌های جدید می‌سازد.

در طی زمان, هر کهکشان معین شروع به بیرون راندن گاز قابل بازیافت می‌کند. بدون گاز، ستارگان جدید نمی‌توانند شکل بگیرند؛ همان‌طور که ستارگان قدیمی زندگی خود را از دست می‌دهند و می‌میرند و درنهایت کهکشان نیز می‌میرد. کهکشان‌ها در حمامی از گاز قرارگرفته‌اند، این گازها شکل واسطه‌ای در تولد دارند و به‌عنوان سوخت مصرف می‌شوند. کهکشان‌ها در داخل و خارج، گاز تنفس می‌کنند و ستارگان آن‌ها تا زمانی که گازشان تمام شود، می‌سوزند.

تولد ستاره‌ها

در داخل یک کهکشان، گازهای نسبتاً متراکم، تولد ستاره را تشکیل می‌دهند. در بیرون گازها تنها در محیط بین کهکشانی ضعیف هستند و هرچه دورتر شوند و به عمق محیط پیرامونی کهکشان‌ها رانده شوند، تراکمشان کمتر می‌شود. ستاره شناسان قادر به مطالعه گازها بین کهکشان‌ها تا دهه ۱۹۷۰ نبودند, زمانی که آن‌ها شروع به جمع‌آوری نور برای آنالیز طیفی از اطراف اختروش‌ها که توسط گازها فیلتر شده است، کردند متوجه آنها شدند.

این‌یک تئوری است. مشکل بررسی این موضوع این بوده است که ابزارهای ستاره شناسان به‌سختی می‌توانند نشانه‌هایی از گاز را تشخیص دهند، چه برسد به نقشه رفت‌وآمد آن به درون یا بیرون از کهکشان. با استفاده از ابزارهای دقیق‌تر و مطالعات سرسختانه و مفصل امروزه دانشمندان اطلاعات بیشتری در این مورددارند. شواهد متقاعدکننده حاکی از آن است که محیط بین کهکشانی غنی از گاز است که کیهان و کهکشان‌ها را بارور می‌کند. شواهد کمتر قانع‌کننده و گاهی گیج‌کننده‌ای نیز وجود دارند که نشان می‌دهد کهکشان‌ها با گازهای بازیافتی در درون و بیرون ستاره‌ها زندگی می‌کنند. و اخترشناسان تنها مدارک اولیه‌ای دارند که از بحث چگونگی خارج شدن گازها، توقف در تشکیل و مرگ ستارگان حمایت کند.

ارتباط بین گازها و کهکشان‌ها

بخشی از مشکل این است که اگرچه گازها و کهکشان‌ها ذاتاً به هم متصل هستند، دانشمندان بامطالعه یکی از آنها دیگری را بررسی می‌کنند. دانشمندان کهکشان‌ها را مطالعه می‌کنند که دیدن آنها راحت‌تر است. انبوهی از بررسی گازها وجود دارد که کار سخت‌تری است.

هماهنگ‌کننده ملاقات با دانشمندان، چالز استیدل از موسسه فن‌آوری کالیفرنیا کسی که در مورد گازها مطالعه می‌کند می‌گوید” وقتی کهکشان‌ها مانند افرادی که سرکار می‌روند، به تعطیلات آخر هفته رفتند، آن‌وقت بیاید در مورد بقیه جهان باهم حرف بزنیم”

در سال ۱۹۸۹، استیدل ازیک فن‌آوری (به‌وسیله مربی‌اش در کلتچ، والاسی سارانج پیشگام شد) استفاده کرد که اجازه می‌داد گاز در فاصله‌ای که کهکشان‌ها دیده نمی‌شوند، دیده شود. او شواهد کافی را جمع‌آوری کرد و این‌گونه استدلال کرد که مانند سایر مواد گاز در بین کهکشان‌ها فراتر از محیط پیرامونی کهکشان‌ها یافت می‌شود. او همچنین شواهدی یافت که ابرهای گاز در اطراف کهکشان‌های غیرقابل مشاهده را نشان می‌داد که حداقل یک‌بار در داخل کهکشانی بوده‌اند، و همچنین گازهای محیط بین کهکشان‌ها را با خود کهکشان‌ها مرتبط می‌کند.

نامرئی شدن کهکشان‌های قبلی

وقتی او رساله دکترایش را نوشت هر دو محیط بین کهکشان‌ها و محیط پیرامونی آنها را به‌دقت در سر تیتر رساله خود کار کرد. او می‌گوید هنگامی‌که من مدرک خود را گرفتم هدفم پیوند دادن کهکشان‌ها با گاز است. تاسال ۲۰۱۳، وقتی دانشجو استدلر، گرون رودی، هم‌اکنون در رصدخانه کارنجی در پاسادنا، کالیفرنیا، رساله دکترایش را نوشت، فن‌آوری‌های نظری به‌قدر کافی بهبودیافته بود که در فاصله یکسانی از ابر گازی استیدل، او توانست کهکشان‌های قبلی را نامرئی کند. کهکشان‌ها جوان بودند و ستارگان دیوانه وارد در حال تشکیل بوده و از گازها سریع استفاده می‌کردند. او یافت گازهای بین این کهکشان‌ها فوراً در محیط پیرامونی بین کهکشانی هزار برابر متراکم تراز میانگین گاز در محیط پیرامونی کهکشانی هستند مانند دیگران. او همچنین نشانه‌هایی یافت از رشد گازها از بیرون کهکشان‌ها.

در حال حاضر، گاز و کهکشان‌ها به‌طور جدایی‌ناپذیری به هم متصل شده‌اند و مطالعه کهکشان‌ها در حال حاضر شامل مطالعه گاز اطراف و بین کهکشانی، خارج از کهکشان‌هایی که آنها را خلق و توسط آنها زندگی کرده‌اند، می‌شود.

محیط بین کهکشانی: ساخت کهکشان‌ها از گازهای خارج از آنها

کهکشان‌ها می‌درخشند اما گازها به‌سختی می‌درخشند. گاز وقتی‌که در مقابل چیزی درخشان قرار می‌گیرد (ازجمله اختروش‌ها، هسته‌های بسیار دور و کهکشان‌های فوق‌العاده درخشان) قابل‌دیدن می‌شود و نور را جذب می‌کنند. گاز به شکل خطوط تیره در طیف نور اختروش‌ها دیده می‌شوند، بنابراین ستاره شناسان این نوری که به زمین می‌رسد را تجزیه‌وتحلیل می‌کنند. الگوی جذب خطوط تاریک مقدار بسیار زیادی از اطلاعات را درباره گاز در بر دارد، که شامل فاصله (و عمری که از آنها گذشته است): در فواصل بسیار بیشتر دیده می‌شوند، و بنابراین در طی زمان‌های نزدیک‌تر معمولی‌تر از کهکشان‌ها بودند. زیرا این طیف‌ها همچنین عناصر شیمیایی گاز، چگالی، دما و جهت حرکت یا فاصله از زمین نشان می‌دهند. مطالعات خط جذبی اختروَش در حدود ۵۰ سال گذشته یکی از بهترین روش‌های مطالعه گازها در کیهان است.

در مورد اختروش‌ها بسیار قابل‌توجه است که در طیف آن‌ها انبوه خطوط جذب تاریکی جمع شده است این خطوط در فواصلی به کیهان اولیه ختم می‌شود، آن‌قدر به هم نزدیک می‌شوند که قابل‌دیدن شود. کارلس دنفورث می‌گوید در دانشگاه کلورادو در بولدر:” درختان الفا لیفان مثل تنه‌های درخت که حالت بوم بوم بوم است. متشکل از گازی است که نور را جذب می‌کند مخصوصاً گاز هیدروژن که در بین قسمت‌های آلفا لیمان قرار دارد و نشان می‌دهد یک کیهان جوان پر از ابرهای هوا مانند هیدروژنی است.

در اواسط دهه ۱۹۹۰، متیو ام سی کویین از دانشگاه واشنگتن در سالنامه ستاره‌شناسی و اخترفیزیک ۲۰۱۶  نوشته است که ستاره شناسان تلاش می‌کنند تا جنگل آلفا لیمان گازی شکل که در محیط بین کهکشان‌های اولیه و محیط پیرامونی کهکشانی قرار دارند را  بیشتر بفهمند. محیط بین کهکشانی شکل ابتدایی دارد: هنگامی‌که کیهان‌ها حدود یک بیلیون سال عمر داشتند جنگل آلفا لیمان ایجادشده‌اند.

شبیه‌سازی جنگل آلفا لیمان

ام سی مکین در شبیه‌سازی” جنگل آلفا لیمان رشد می‌کند”  در اواسط دهه ۱۹۹۰ انجام داد و متیو ام سی کوین در بررسی سالانه  ستاره‌شناسی و اخترفیزیک سال ۲۰۱۶ نوشت ستاره شناسان برای درک جنگل آلفا لیمان آن را به‌عنوان گاز بین کهکشان‌های اولیه-محیط پیرامونی کهکشان‌ها معرفی کرده‌اند. محیط پیرامونی از ابتدا این‌گونه شروع شد: وقتی جهان حدود یک میلیارد ساله بود، جنگل آلفا لیمان ساخته شد، او می‌گوید: در چگونگی شکل‌گیری جنگل آلفا لیمان از شبیه‌سازی استفاده‌شده است و به نظر شبیه به محیط بین کهکشانی امروزی می‌آید.

ابرهای گازی خطوط جذبی تاریک را در طیف نور نشان می‌دهند که می‌تواند آنالیز بهتری از فاصله، و ماهیت این گازها بدهد. در وضوح تصویر بالاتر، خطوط جذبی در دامنه طول‌موج‌هایی به‌عنوان درختان مجزا به آن چیزی که اصطلاحاً به درختان آلفا لیمان می‌گویند، دیده می‌شوند.

ام. راش/ AR ستاره‌شناسی و اخترفیزیک ۱۹۹۸

موسسه علمی تلسکوپ فضایی مولی (STScI) در بالتیمور می‌گوید: مردم معمولاً این‌طور فکر می‌کنند که کیهان‌ها انباشته از ستاره‌ها هستند و محیط پیرامونی کیهان‌های جوان ۹۸ درصد از جسم حقیقی خود را دارند. اما مطالعات طیف خط جذبی نشان می‌دهد که گاز بیشتری یعنی بیشتر اتم‌های جهان در خارج از ستاره‌ها و کهکشان‌ها وجود دارد.

یکنواخت نبودن گاز در کیهان‌ها

بااین‌حال حتی در کیهان‌های جوان گاز به‌صورت یکنواخت نیست. بیشتر آنها سرد بین ۱۰۰ تا ۱۰۰۰ درجه کلوین هستند. اما در محیط پیرامونی کهکشانی تکه‌هایی پراکنده گرم هستند که به دمای ۲۰۰۰۰ درجه کلوین یا بیشتر می‌رسند که نشان‌دهنده ایجاد ستاره یا کهکشان‌های جدید است..

محیط پیرامونی همچنین تنها از هیدروژن ساخته نشده است: به مقادیر ناچیزی شامل عناصری سنگین‌تر از هیدروژن نیز هست که وقتی‌که ستاره‌ای منفجرشده یا می‌میرد وارد این فضا می‌شوند. میشل شال از دانشگاه کولورادو می‌گوید محیط بین ستاره‌ای خوشه دار است این مکان‌ها جایی است که جاذبه گازهای کمی متراکم‌تر را به درون خوشه‌های متراکم‌تر می‌کشد.

انسون دی آلیسون از دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید می‌گوید: علیرغم توده‌های گرم گاز،  محیط پیرامونی به‌طور کلی سرد می‌باشد زیرا کیهان در طی زمان در حال گسترش است به‌طور متوسط هم‌مقدار گازها کمتر می‌شوند. جیسون پروجاسکا از دانشگاه کالیفرنیا، سنتا کروز می‌گوید: هرروز که به جلوتر می‌روید می‌توانید با سنجش طیف‌ها ببینید، این جنگل‌ها رقیق‌تر می‌شوند.

پروچسکا می‌گوید: نهایت درکی که تصویر متقاعدکننده از زمان و اجزای قابل دید کهکشان‌ها را به ما می‌دهد این محیط بین کهکشانی خوشه‌وار، سرد، رقیق‌شده است.

محیط پیرامونی تنظیم‌کننده زندگی کهکشان‌ها

در داده‌های طیف کوزار ابرهای هیدروژنی جنگل آلفا لیمان بسیار رقیق و ازنظر شیمیایی خالص بوده‌اند. همچنین دانشمندان ابرهای دیگری یافتند که متراکم‌تر بوده و عناصر سنگین‌تری که ستاره شناسان آن را فلزات می‌نامند  مانند کربن، اکسیژن، سلیکن، آهن و منیزیم به اطراف می‌پاشیدند. ستاره شناسان این‌طور استدلال می‌کنند که این فلزات تنها توسط ستاره‌ها ساخته می‌شوند و چون همه ستاره‌ها در درون کهکشان‌ها هستند پس این ابرهای متراکم غنی از فلزات باید به نحوی با کهکشان‌ها در ارتباط باشند. منظومه شبیه یک جنگل آلفا لیمان به‌واسطه مرطوب به نظر آمدن کناره‌های لیمان رشد یافته است. منظومه آلفا لیمان از گازهای نزدیک‌تر و هم‌جوارتر با کهکشان‌ها شکل‌گرفته و با آنها مرتبط است. آنها انواع ابرها را مانند یک باغ‌وحش کوچک طبقه‌بندی کرده‌اند: ابرهای متراکم که ابرهای بیشتر فلزی با عناصر فلزی بیشتر سیستم‌های آلفا لیمان خوشه دار می‌نامند.

برای تأیید این نظریات حداقل به ده سال زحمت و بررسی سیستماتیک برای ساخت ابزارآلات حساس‌تر جهت مطالعه خطوط جذبی کوارز نیاز است. در کمال تعجب تحقیقات نشان داده‌اند که در جهان در حال بلوغ، اگر گاز جنگل‌های آلفا لیمان محیط پیرامونی باشد، لیمان محدود و سیستم‌های آلفا لیمان رقیق‌شده و بین کهکشانی است.

ارتباط گاز و کهکشان‌ها

یک نظرسنجی بررسی ساختار کیک برایانوک KBSS استدل و در مأموریت آن ارتباط گاز با کهکشان‌ها آمده است. تیم KBSS ۱۵ کوارز روشن انتخاب کرد و خطوط جذبی از ۵۰۰۰ کهکشان را یافت. تیم در اطراف کهکشان‌ها از ۱۰ بیلیون تا ۱۱ میلیون سال پیش در جستجو گاز بودند. چند میلیارد سال بعد از شروع جهان، زمانی که ستارگان بسیار سریع تشکیل می‌شدند –  ستاره شناسان آن را “ظهر کیهانی”، می‌نامند.

یک بررسی بزرگ‌تر با استفاده از طیف‌سنجی مبدأ کیهان (COS) به‌وسیله تلسکوپ فضایی هابل که هالوز- COS نامیده می‌شود، انجام شد.

هالوز- COS به‌طور اساسی تحقیق  KBSS را برای کهکشان‌های نزدیک که شامل ۴۴ کهکشان محلی بود، انجام داد. دوتا از کهکشان‌های فعال همچنان در حال ساختن ستاره بودند و سیاره  آنهایی که بی‌تحرک بودند توسط طیف خطوط نوری دیده می‌شدند.

با در کنار هم قرار دادن این بررسی‌ها تراکم، دما و تراکم کهکشان‌ها در محیط بین کهکشانی به‌دست آمد. گاز اطراف کهکشانی ۱۰۰۰ بار چگال تر از محیط پیرامونی کهکشانی است و دمای بسیار سردتری نسبت به محیط بین کهکشانی دارد که از ۱۰۰۰۰ تا ۱ میلیون کلوین است و به کهکشان میزبان که گاز فلزی بیشتری دارد، نزدیک‌تر می‌شود.

سوال اساسی

در کیهان کهکشان‌ها بسیارند همان‌طور که در این عکس گرفته‌شده از طریق تلسکوپ هابل بخش کوچکی از آسمان  در صورت فلکی دلو می‌توان دید. چیزی که بین کهکشان‌ها وجود دارد و در ۵۰ سال اخیر واضح‌تر شده است. اما سؤالات بسیاری در مورد اینکه چگونه گاز در داخل و خارج از کهکشان مورداستفاده قرار می‌گیرد و اینکه چگونه درنهایت این کهکشان‌ها می‌میرند، باقی می‌ماند. مردم می‌گویند: ” درجایی که محیط بین کهکشانی به‌پایان می‌رسد و محیط اطراف کهکشانی شروع می‌شود، هیچ ارتباط و همبستگی وجود ندارد.

همکار او جیسون تومالیسون، همچنین ازSTScI، با او هم‌نظر است: “بحث‌ها در مورد مرز، وابسته به انسان است. طبیعت ماهیت متقاطعی دارد که هر مرزی را می‌تواند تنظیم کند. چیزی که یک بار در محیط بین کهکشانی بود می‌تواند در محیط اطراف کهکشانی نیز باشد و چیزی که در محیط اطراف کهکشانی باشد به درون محیط بین کهکشانی بازخواهد گشت.”

بدین معنی است که اگرچه گاز در فضای بین کهکشانی و پیرامون کهکشان‌ها باگذشت زمان و در اثر نزدیکی با کهکشان‌ها تغییر می‌کند، اما هنوز همان گاز است. و در جریان بین این دو، به نحوی، کهکشان‌ها را زنده نگه می‌دارد. پروچسکا می‌گوید: چیزی درک نشده است، اخترفیزیک چگونگی تأمین انرژی محیط بین و محیط پیرامونی کهکشان‌ها  و کهکشان‌ها است.

چرخه بازیافتی کهکشانی

یک سناریو احتمالی در مورد این جریان سوختی، چرخه بازیافتی کهکشانی نامیده می‌شود، ساده است: گاز درون کهکشان‌ها می‌سوزد و سوخت ستاره‌ها می‌شود و سپس به بیرون برمی‌گردد پس از برگشت تبدیل به سوخت ستاره‌های بیشتری می‌شود. جمع‌آوری مدارک و شواهدی برای تأیید سناریو برگشت سخت و بی‌نتیجه است اگرچه که برخی معتقدند می‌توانند آن را تأیید کنند.

اما کریستال مارتین از دانشگاه کالیفرنیا، سانتاباربارا، می‌گوید: سیگنال درونی اغلب با سیگنال خود کهکشان هم‌پوشانی دارد که این بدین معنی است  که دیدن آن در برابر این کهکشان مشکل است.

از طرف دیگر، ناظران معمولاً جریان‌های خروجی، گاز در جریان‌های باردار در نوار گسترده دور کهکشان‌ها را شناسایی می‌کنند.

رودی می‌گوید: کلاً هر طیفی که ما از ستاره‌های در حال تشکیل کهکشان‌ها می‌گیریم، شواهدی از بادهایی است که از درون کهکشان به بیرون رانده می‌شوند.

هیچ‌کس نمی‌داند که چه چیزی می‌تواند جریان‌های خروجی را هدایت کند، شاید انفجار ابر نواختر, یا فوران عظیم از آشفتگی در اطراف سیاه‌چاله‌ها یا بادهای ناشی از ستاره‌های داغ. هیچ‌کس نمی‌داند که آیا گاز در اطراف کهکشان و محیط بین کهکشانی به‌طور محلی بازیافت می‌شود یا اینکه به‌صورت جریان گسترده‌تری در محیط بین کهکشانی چرخش می‌کند؛ شواهدی برای تأیید هر دو سناریو وجود دارد.

پایان غم‌انگیز کهکشان‌ ها با اتمام سوخت

چیزی که یک سناریو نیست اما با شواهد محکم نشان داده می‌شود این است که در نقطه‌ای، سوخت یک کهکشان تمام می‌شود و می‌میرد فرایندی به نام سردایش رخ می‌دهد. منجمان نزدیک به دو دهه است که این را می‌دانند از زمانی که با بررسی آسمان دیجیتالی اسلوان، کهکشان‌ها به دو دسته کلی تقسیم شدند: کهکشان‌هایی که گاز و ستاره‌های زیادی دارند و کهکشان‌هایی که ستاره‌های قرمز و گاز کم دارند و در حال مرگ هستند. بیشتر کهکشان‌ها قرمز یا آبی هستند یا اکثراً بین این دو هستند.

اگر کهکشان‌ها زنده یا در حال مرگ (کهکشانی ضعیف که مقدار گاز بسیارکمی دارد) باشند، به دلیل ایجاد ستاره مجبور به از دست دادن گاز هستند که از دست دادن گاز درنهایت منجر به  مردن کهکشان می‌شود.زیرا خیلی سریع گاز از دست می‌دهند. چگونگی رخ دادن این اتفاق هنوز مشخص نیست. یافتن شواهدی که این را اثبات کند مشکل است و یافتن شواهدی برای مکانیسم سردایش بسیار غیرممکن است. محیط پیرامونی کهکشان باید این شواهد را دربر داشته باشد اما درواقع مشاهدات تنها مسئله را پیچیده‌تر می‌کنند.

گاز در اطراف کهکشان‌های مرده

هالوز-COS یافت که گاز در اطراف کهکشان‌های مرده یا قرمز که دارای گرانش محدود هستند  ۱۰۰۰۰ یا ۱۰۰۰۰۰ کلوین هستند که باید آن‌قدر سرد شده باشند که در خودشان فروروند. اما این اتفاق نمی‌افتد. دانشمندان نظریه‌ای داده‌اند که چیزی به طریقی جلوی به داخل فرورفتن گاز را می‌گیرد یا چیز دیگری آن را گرم می‌کند به‌قدری که برای فرونرفتن به داخل آن‌قدر قدرت داشته باشد.

پاسخ هر چیزی که باشد در داخل محیط اطراف کهکشان یافت می‌شود. جسیکا ورک از دانشگاه واشنگتنو در گروه هالوز-COS در یک  بررسی تعداد شواهد کهکشان‌های قرمز توسط یک تا ده فاکتور کنار هم قرارداد. او می‌گوید: سؤالات زیادی هستند که برای کهکشان‌ها چه رخ می‌دهد که شکل‌گیری ستاره‌ای متوقف می‌شود و چگونه گاز  به داخل محیط پیرامونی شروع به پخش شدن می‌کند.

 ایجاد مجدد کهکشانی

تاکنون، چیزی که رصد کنندگان یافته‌اند به یک داستان منسجم از نحوه تولد کهکشان‌ها، زندگی و مرگ اضافه نمی‌کنند. داستان‌ها تئوری‌های مقطعی هستند و در ستاره‌شناسی تئوری اغلب به چیزی گفته می‌شود که بتوان آن را با کامپیوتر شبیه‌سازی کرد. نظریه‌پردازان جاذبه، هیدرودینامیک، مواد منظمی که می‌درخشند و ماده تاریکی که دیده نمی‌شود را در کنار هم قرار می‌دهند و اجازه می‌دهند شبیه‌سازی سیر تکاملی کهکشان‌ها را دوباره ایجاد کنند. سپس آن‌ها کهکشان‌های شبیه‌سازی‌شده را با کهکشان‌های واقعی مقایسه می‌کنند: شکل، میزان شکل‌گیری ستاره، روش فرض شده برای سردایش، میزان جریان‌های خروجی، مشاهدات فروریختن به داخل، دما، چگالی، مقادیر فلز. در حال حاضر شبیه‌سازی در قالب دو مقیاس انجام می‌شود: یک محیط بزرگ بین کهکشانی و یک محیط کوچک پیرامون کهکشانی؛ هیچ شبیه‌سازی تاکنون به‌طور کامل نتوانسته کهکشان‌های واقعی را پوشش دهد.

کهکشان‌ها به‌طور یکنواخت در سراسر کیهان توزیع نشده‌اند اما نحوه‌ی توزیع‌شان را بدون درک نقش گازها نمی‌توان درک کرد. در اینجا یک شبیه‌سازی نشان می‌دهد یکی از بزرگ‌ترین ساختارهای شناخته‌شده در جهان یک ابرخوشه از کهکشان، حفره‌ها و رشته‌های کهکشانی است که دیوار بزرگ بأس (BOSS Great Wall) نامیده می‌شود.

شبیه‌سازی به کمک منجمان می‌آید

شبیه‌سازی به منجمان در تفسیر مشاهدات متداولشان یا ارائه یک نظریه جدید کمک می‌کند. به‌عنوان مثال: در تئوری شبیه‌سازی پیپولز مولی (Molly Peeples’ simulation) به‌طور غیره منتظره‌ای فلزات، دور از محیط پیرامونی کهکشانی دیده می‌شوند بنابراین مشاهدات چارلز دانفورث درباره مشاهدات فلزات بیرون از محیط پیرامونی کهکشانی به مقدار بیشتری مورد تأیید است.

کریستال مارتین می‌گوید: در شبیه‌سازی فرورفتن گاز سرد (سردایش) غیرمبهم است اما آن‌گونه که باید برای رصد کنندگانی مثل او واضح باشد نیست. بنابراین او و گروهش به‌طور خاص به دنبال گاز کم‌فشار و سرد در محیط پیرامونی کهکشانی هستند که به‌اندازه کافی آرام حرکت کند و با مقدار کشش کافی به سمت مارپیچ داخل کهکشان حرکت کند. بیشتر شبیه‌سازی‌ها محیط بین کهکشانی را حاوی توده‌هایی با دمای بسیار داغ که WHIM نامیده می‌شوند را نشان می‌دهند که هیچ ناظری تاکنون نتوانسته آن را رصد کند. ورکک می‌گوید: من عاشق شبیه‌سازها هستم آنها بهترین هستند اما مطمئن نیستم کیهانی که آنها نشان می‌دهند همان کیهان واقعی خودمان باشد!(واقعی باشد یا نه، شبیه‌سازی‌ها چندین نمونه آنها توسط چند گروه جداگانه انجام‌شده است)

آغاز جهان ۲۰۰ میلیون سال قبل از پیرترین کیهان

واضح‌ترین تصویرها از این اینکه گازها چگونه کیهان را می‌سازند نشان می‌دهد و آنها جذاب هستند. این‌طور که به نظر می‌آید: جهان ۲۰۰ میلیون سال قبل از پیرترین کیهان، قبل از شروع شکل‌گیری ستاره‌ها و کهکشان‌ها شکل‌گرفته است. گاز در حال سرد شدن است اما هنوز خیلی گرم است حدود ۱۰۰.۰۰۰ درجه کلوین شبیه یک ابر غیریکنواخت  در برخی جاها نیست و در برخی جاها بسیار غلیظ است. سرانجام، در ضخیم‌ترین و غلیظ‌ترین جاها ستاره‌ها شکل می‌گیرند.

وقتی کهکشان‌ها به سن ۵۰۰ میلیون سال می‌رسند سرد می‌شوند، گاز به‌صورت فروریختن به‌واسطه جاذبه و چگالی به درون‌مرکز پهنه (صفحه‌ات) منقبض می‌شوند سپس این پهنه‌ها به‌صورت تکه‌های رشته دراز و باریک درمی‌آیند. نقاطی تمیزی بین فضاهای خالی و توده‌های بزرگ کهکشانی قرار دارد. در حدود یک میلیارد سال، رشته‌های متقاطع با سایر رشته‌ها ترکیب‌شده و شبکه رشته‌ای بزرگ‌تری را ایجاد می‌کنند در حدود ۱.۵ میلیارد سال پیش گاز رشته‌ها را از بین می‌برد و در برخی گره‌ها و گودال‌ها کهکشان‌ها شکل می‌گیرند امواج بسیار بزرگ و برانگیخته و گرم به‌اندازه  ۱ میلیون تا ۱۰۰ میلیون درجه کلوین توسط امواج متلاطم و انفجارهای ستاره‌های در حال مرگ شکل‌گرفته‌اند.

شکل گیزی سیاه‌چاله‌ها

باگذشت ۲ میلیارد سال، سیاه‌چاله فوق‌العاده بزرگ در مرکز کهکشان‌ها شکل گرفتند و ستاره‌های منفجرشده‌ی فوق‌العاده متلاطمی را به محیط پیرامونی کهکشان روانه می‌کردند. در حدود ۳ میلیارد سال در حین گسترش یافتن توده‌ها گره‌های کوچک کهکشانی به وجود می‌آید. کهکشان‌ها گاز بین کهکشانی را به درون محیط پیرامونی خود جمع می‌کنند و آن را با فلزات پراکنده‌شده در اثر انفجارهای ابرنواختری غنی می‌کنند.

باگذشت ۷ میلیارد سال، به طرز چشم‌گیری رقیق می‌شود. شکستگی مواد (میزان تقسیم‌شدگی) از ۹۵ درصد به ۸۰ درصد کاهش می‌یابد. بعد از گذشت ۱۰ میلیارد سال، کهکشان‌ها و محیط پیرامونی آنها شکلی شبیه به رشته‌های طنابی پیدا می‌کنند که دارای فلز بوده و بسیار داغ هستند و همچنین این کهکشان‌ها دارای نقاط مسطح بسیار بزرگ، تیره و سرد می‌شوند.

و اکنون در حال حاضر، ۱۳.۵ میلیون سال از آغاز جهان گذشته است فقط ۶۰ درصد گاز در محیط پیرامونی کهکشان وجود دارد بقیه آن در محیط بین کهکشانی یا در داخل کهکشان است. کهکشان‌ها در اطراف حفره‌ها به‌صورت رشته‌ای کشیده شده‌اند مانند بزرگراه‌هایی که بین شهرها و ایالت‌های کشورهای آسمانی قرارگرفته است.

ستاره‌ها فلزات را به همه‌جا منتشر کرده‌اند چه در سطح کهکشان و چه در محیط بین کهکشانی و آماده استفاده جهت شکل‌گیری دیگر ستارگان هستند. ستارگان جدید با گازهای فلزی و گرد غبارها درهم می‌آمیزند. در اطراف آنها قمرهای سیاره نما که اینجاوآنجا به دور سیاره‌ها متراکم شده‌اند که یکی از آنها را ما استفاده می‌کنیم(زمین-ماه). ورک می‌گوید: هر اتم در بدن شما، در چرخه محیط بین کهکشانی و محیط پیرامونی کهکشان‌ها قرارگرفته است بنابراین این تاریخچه فقط داستانی در مورد کهکشان‌ها نیست در مورد منشأ کیهانی ماست.