Sanal “evren makinesi” galaksinin evrimine ışık tutuyor…

Gökada resmi (stok görüntü). | Kredi: © Peter Jurik / stock.adobe.com

Samanyolu gibi galaksiler nasıl ortaya çıkmaktadır? Zaman içinde nasıl büyüyor ve değişiyorlar? Gökada oluşumunun arkasındaki bilim, onlarca yıldır bir bilmece olarak kalmıştır. Arizona Üniversitesi liderliğindeki bir bilim insanları ekibi, süper bilgisayar simülasyonları sayesinde cevapları bulmaya bir adım daha yaklaştılar.

Uzayda gerçek galaksileri gözlemlemek ancak zaman içerisinde anlık görüntülerle sağlanmakta, bu nedenle galaksilerin milyarlarca yıl boyunca nasıl geliştiğini incelemek isteyen araştırmacılar bilgisayar simülasyonlarına geri dönmek zorundadır. Geleneksel olarak, gökbilimciler bu yaklaşımı tek tek yeni galaksi oluşumu teorilerini icat etmek ve test etmek için kullandılar. UA Steward Gözlemevi’nden Peter Behroozi ve ekibi, süper güçte milyonlarca farklı evren yaratarak, galaksilerin nasıl oluşması gerektiğine dair farklı fiziksel teorilere uyan bu engelin üstesinden gelmiş görünmekteler.

Bulgular, karanlık maddenin galaksi oluşumunda oynadığı role, galaksilerin zaman içinde nasıl geliştiği ve yıldızları nasıl doğurduğu hakkında temel fikirlere itiraz etmektedir. Çalışmanın baş yazarı Behroozi, “Bilgisayarda birçok farklı evren yaratabilir ve onları gerçek olanla karşılaştırabiliriz ve bu da hangi kuralları gördüğümüzü anlamamızı sağlar” dedi.

Çalışma, gerçek olanın bire bir tam bir kopyası olan, kendi kendine tutarlı evrenler yaratan ilk çalışmadır: her biri, 12 milyon galaksiyi içeren ve Büyük Patlama’dan 400 milyon yıl sonrasından günümüze geçen süreyi kapsayan, gerçek kozmosun büyük bir bölümünü temsil eden bilgisayar simülasyonlarıdır. Her bir “Eski Makine” evreni, gerçek evrenle karşılaştırıldığında, oluşturulan evrende benzer galaksilerin nasıl ortaya çıktığını değerlendirmek için bir dizi teste tabi tutuldu. Hepimizinkine en çok benzeyen evrenler, aynı galaksinin oluşumunu incelemek için güçlü ve yeni bir yaklaşım gösteren temel fiziksel kurallara sahipti.

Yazarların yaklaşımı olarak adlandırdıkları “Evren Makinesi” nin sonuçları, galaksilerin neden yıldızların dövüldüğü ham madde olan bol miktarda hidrojen gazı aldıklarında bile yeni yıldızlar oluşturmaktan vazgeçtikleri gibi uzun süredir devam eden paradoksun çözümüne yardımcı oldu. Gökadaların yıldızları nasıl oluşturduğuna dair yaygın düşünceler, çekim etkisi altında yoğun gazların çökmesine, yıldızlara yol açan yoğun cepler arasında karmaşık bir etkileşime neden olurken, diğer işlemler yıldız oluşumunu engeller.

Örneğin, birçok galaksinin merkezlerinde süper kütleli kara delikler barındırdığı düşünülmektedir. Bu kara deliklere düşen madde muazzam enerjiler yayar, gazın yıldızların fidanlıklarına çökecek kadar soğumasını önleyen kozmik üfleyiciler gibi davranır. Benzer şekilde süpernova patlamasıyla hayatlarını sonlandıran yıldızlar da bu sürece katkı sağlıyor. Karanlık madde de, bir galaksideki görünür maddeye etki eden çekim kuvvetinin çoğunu sağladığı için, galaksinin çevresinden soğuk gaz çekerek ve onu ısıtırken büyük bir rol oynar.

evren makinesi fotoları ile ilgili görsel sonucu

Behroozi’ye göre, “Evrende daha erken ve daha erken geriye giderken, karanlık maddenin daha yoğun olmasını ve dolayısıyla gazın daha sıcak ve daha sıcak olmasını beklerdik. Bu, yıldız oluşumu için kötüdür, bu yüzden erken birçok galaksinin olduğunu düşünmüştük. Evrenin uzun zaman önce yıldız oluşturmayı bırakması gerekmekte ama biz bunun tam tersini bulduk: belirli bir boyuttaki galaksilerin, beklentilerin aksine daha yüksek bir oranda yıldız oluşturma olasılıkları daha fazlaydı.”

Behroozi, gerçek galaksilerin gözlemlerini eşleştirmek için ekibinin tam tersi olduğu sanal evrenler yaratmak zorunda kaldığını – galaksilerin yıldızları çok daha uzun süre yıldızları susturmaya çalıştığı evrenler yaratması gerektiğini söyledi. Öte yandan, araştırmacılar şu anki galaksi oluşumu teorilerine dayanan evrenler yaratmışlarsa – galaksilerin üzerinde yıldızları erken oluşturmayı bıraktıkları evrenler – bu galaksiler gökyüzünde gördüğümüz galaksilerden çok daha kırmızı görünüyordu.

Gökadalar iki nedenden dolayı kırmızı görünür. Birincisi doğada belirgindir ve bir galaksinin yaşı ile ilgili olmalıdır – evrenin tarihinde daha önce oluşmuşsa, ışığı daha hızlı uzatarak ışığı kırmızı spektruma kaydırır. Gökbilimciler bu etkiyi kırmızıya kayma olarak adlandırırlar. Diğer sebep ise içseldir: – eğer bir galaksi yıldız oluşturmayı bıraktıysa, genellikle daha erken ölen ve daha eski, daha kırmızı yıldızlarla kalan daha az mavi yıldız içerir.

Behroozi, “Ama bunu görmüyoruz” dedi. “Eğer galaksiler daha önce yıldız oluşturmayı düşündüğümüz ve durduğumuz gibi davranırlarsa, gerçek evrenimiz tamamen yanlış renklendirilir. Başka bir deyişle, galaksilerin ilk zamanlarda düşündüğümüzden daha verimli bir şekilde yıldız oluşturdukları sonucuna varmak zorunda kalırız. süper kütleli kara deliklerin ve patlayan yıldızların yarattığı enerjinin boğucu yıldız oluşumunda bizim teorilerimizin öngördüğünden daha az verimli olması. ”

Behroozi’ye göre, eşi benzeri görülmemiş derecede karmaşık alaycı evrenler yaratmak, hesaplama gücü ve hafızası ile sınırlı olmayan tamamen yeni bir yaklaşım gerektiriyordu ve ölçekleri “süpernova” gibi “küçük” – bireysel nesnelerden – büyük bir boyuta yaymak için yeterli bir çözünürlük sağladı. gözlemlenebilir evrenin parçası. “Tek bir galaksinin simülasyonu 10 ila 48’inci bilgisayar işlemlerini gerektiriyor” dedi. “Dünyadaki bütün bilgisayarlar bir araya gelip yüz yıl içinde bunu yapamadı. Bu yüzden, sadece tek bir galaksiyi simüle etmek için, 12 milyon bile olsa, bunu farklı yapmak zorunda kaldık.”

Almanya, Garching’deki NASA Ames Araştırma Merkezi ve Leibniz-Rechenzentrum’da bilgisayar kaynaklarını kullanmanın yanı sıra, ekip, UA Yüksek Performanslı Bilgi İşlem kümesinde “Ocelote” süper bilgisayarını kullandı. İki bin işlemci, üç hafta içinde verileri aynı anda kullandı. Araştırma projesi boyunca, Behroozi ve arkadaşları 8 milyondan fazla evren ürettiler.

Behroozi, “Son 20 yıldaki astronomik gözlemleri aldık ve bunları ürettiğimiz milyonlarca dünyayla karşılaştırdık.” “Hangisinin eşleştiğini görmek için binlerce bilgi parçasını bir araya getirdik. Yarattığımız evren doğru görünüyor mu? Olmazsa geri dönüp değişiklik yapar ve tekrar kontrol ederiz.” Gökadaların nasıl oluştuğunu daha iyi anlamak için Behroozi ve meslektaşları, bireysel galaksilerin morfolojisini ve şekillerinin zaman içinde nasıl geliştiğini içerecek şekilde Evren Makinesi’ni genişletmeyi planlıyor.