Smithsonian Bilim İnsanları Evrenin İlk 2 Milyar Yılını Yeniden Oluşturdu

Araştırma, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergisinde yayımlandı ve evrenin ilk 2 milyar yılını sıradan madde, karanlık madde ve radyasyon arasındaki etkileşimlerin modellenmesiyle yeniden oluşturuyor. Lumina’nın öngörileri JWST, Roman ve diğer teleskoplardan gelen gözlemlerle karşılaştırılarak bilim insanları mevcut teorilerin kozmik evrimi ne kadar iyi açıkladığını değerlendirebilir ve evrenin temel yasalarına dair anlayışımızı zorlayabilecek keşifleri belirleyebilir.

Uzmanlar, yıldızların, galaksilerin ve diğer kozmik yapıların oluşumunu açıklayan açıklamalar geliştirmek için gökyüzünü incelemeye yüzyıllardır çalışıyor. Modern süper bilgisayarlar artık bu fikirlerin evrenin nasıl davranması gerektiğini öngören detaylı simülasyonlara dönüştürülmesini mümkün kılıyor. Teleskop gözlemleri bu öngörlerle uyum sağladığında, mevcut teorilere dair güven pekişiyor. Ancak beklenmedik farklar, bilim insanların henüz tam olarak anlayamadığı fiziksel süreçlere işaret edebilir.

“JWST ile erken evren, astrofizikte heyecan verici yeni bir sınır haline geldi,” diyor baş yazar ve Harvard & Smithsonian Astrophysics Merkezi’nde ITC Araştırmacısı Oliver Zier. “Bu teleskopla gördüğümüz şeyi anlamak için teorilerimizi detaylı öngörilere çevirmemiz gerekiyor. Birkaç yıllık çalışmanın, bir sürü yükseliş ve düşüşten sonra simülasyon sonuçlarını görmek ve öngörülerimizin videoda hayata geçtiğini izlemek inanılmaz ödüllendirici.”

Evrenin İlk 2 Milyar Yılı Yeniden Oluşturuluyor

Lumina, şimdiye kadar üretilen en büyük kozmoloji radyasyon hidrodinamiği simülasyonudur. Basitçe söylemek gerekirse, güçlü bilgisayarları kullanarak genç evren gelişirken gazın, karanlık maddeyin ve ışığın birbirini nasıl etkilediğini hesaplar. Bu etkileşimler evrenin Büyük Patlama’dan sonraki ilk 2 milyar yılı boyunca izlenerek araştırmacılar en erken galaksilerin nasıl oluştuğunu ve bu galaksilerin faaliyetlerinin etraflarındaki devasa gaz bulutlarını nasıl değiştirdiğini inceleyebilir.

Simülasyon, önceki karşılaştırılabilir projelerin kapsadığı alanlardan 100’den fazla kez daha büyük bir uzay hacmini modeller. Sanal evreni her biri yaklaşık 1,5 milyar ışık yılı kenar uzunluğuna sahip bir küp içinde sunar ve bugün en gelişmiş teleskopların inceleyebildiği geniş bölgelerle karşılaştırılabilecek ölçekte bir kozmik evrim görünümü sağlar.

Başka bir büyük ilerleme de Lumina’nın helyum iyonlaşmasına yaklaşımıdır; bu süreçte radyasyon helyum atomlarından elektronları koparır. İlk kez, bu türde bir simülasyon bu dönüşümü gelişimi sırasında izlerken, aynı zamanda çevreleyen evrene etkilerini de hesaba katar. Bu da bilim insanlarına evrim geçiren galaksiler, radyasyon ve aralarındaki boşluğu dolduran gaz arasındaki ilişkiyi çalışma imkanı verir.

“Lumina gibi simülasyonlar kurarken inanılmaz bir şanslı hissediyoruz,” dedi. University of Texas at Dallas’ta fizik yardımcı doçenti ve makalenin yazarlarından Aaron Smith. “İlk kez, hidrojen ve helyumun bu kadar büyük bir evren hacminde modern biçimlerine dönüştüğü süreci izleyebiliyoruz; ayrıca bu dönüşümü yönlendiren galaksiler ve diğer parlayan cisimler de çözünürlükle birlikte takip ediliyor.”

Sanal Evreni Güçlendiren Devasa Süper Bilgisayar

Bu kadar büyük bir kozmik tarihin parçasını yeniden yaratmak olağanüstü hesaplama kaynakları gerektirdi. Ekip, Tennessee’deki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda yer alan dünyanın en hızlı süper bilgisayalarından biri olan Frontier üzerinde 15.000’den fazla grafik işleme ünitesi kullandı.

Bu hesaplama gücü, araştırmacılara bireysel galaksiler ve diğer önemli yapıları incelemek için gereken ince ayrıntılardan ödün vermeden, erken evrenin son derece büyük bir bölgesini simüle etme imkanı tanıdı. Sonuç olarak Lumina, evrenin daha geniş evrimini yakalayabildiği gibi, yıldızların, galaksilerin ve kara deliklerin oluşumuna dahil olan süreçleri de takip edebiliyor.

Erken Evren’in Sırlarını Sınama

Kozmik tarihi yeniden yaratmanın ötesinde Lumina, evrenin gelişimini inceleme için güçlü yeni bir çerçeve sunuyor. Araştırmacılar, bunu galaksiler arasında gaz hareketini, Büyük Patlama’dan kalan radyasyonun etkisini ve yıldızların olağanüstü yüksek oranlarda oluştuğu bölgelerin ortaya çıkışını araştırmak için kullanmayı planlıyor.