Bu çarpıcı görüntü Lumina’dan geliyor. Yaklaşık 650 milyon ışık yılı genişliğindeki kozmik ağın bir bölümünü gösteriyor. İnce filamentler karanlık maddeyi temsil ederken, sıcak turuncu ve sarı tonlar galaksi kümeleri arasında gazın en hızlı hareket ettiği yerleri vurguluyor. Lumina, şimdiye kadar yaratılmış en ayrıntılı kozmolojik simülasyondur. 

Modern astronomi, parçalı aynalara sahip devasa teleskoplar, büyük dijital kameralar, gelişmiş veri işleme hatları ve farklı özel amaçlara sahip çok güçlü alet takımları içerir.

Ancak bu, gözlem tarafıdır. Bu teleskopların sağladığı son derece ayrıntılı verileri anlamlandırmak ise ayrı bir yaklaşım gerektirir.

İşte burada simülasyonlar devreye girer. Dünyanın en hızlı süper bilgisayarlarında çalışan, giderek daha ayrıntılı kozmolojik simülasyonlar çağında yaşıyoruz. Kozmologlar bunları yıldız oluşumundan evrenin genişlemesine kadar her şeyi anlamak için kullanırlar.

James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu (NGRST), var olan şu andaki en yetenekli iki uzay teleskobudur.

Özellikle kızılötesi yetenekleriyle evrenin çok erken dönemlerini aydınlatmada çok başarılıdırlar. NGRST henüz yeni fırlatılırken, JWST birkaç yıldır aktif olarak çalışıyor ve şimdiden bazı sürprizler sunuyor.

NGRST sadece iki ay önce fırlatıldı ve göreve henüz tam olarak başlamadı. Ancak başladığında, kendi sürprizlerini de beraberinde sunabilir.

İşte tam bu noktada Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden (CfA) yeni bir simülasyon devreye girdi. Lumina adı verilen bu simülasyon, şimdiye kadar yapılmış en büyük ve en detaylı simülasyonlardan biri.

CfA’dan Oliver Zier, “Galaksilerin ve aktif galaktik çekirdeklerin (AGN) kozmik zaman boyunca galaksiler arası ortamın (IGM) yeniden iyonlaşmasını nasıl birlikte yönlendirdiğini anlamak, kozmolojide önemli bir zorluk olmaya devam ediyor” dedi.

Simülasyonda kırmızı kayma, yaklaşık 11,7 milyar yıl öncesine veya Büyük Patlamadan yaklaşık 2,1 milyar yıl sonrasına karşılık gelir. Bu, evrende yıldız oluşumunun zirve yaptığı ve kuasarların en aktif olduğu Kozmik Öğle vaktidir. 

Evrende nötr hidrojen ve helyumun tam olarak nasıl yeniden iyonize olduğu hala tam olarak anlaşılamamıştır. Çeşitli kaynaklardan (yıldızlar, süper kütleli kara delikler ve AGN’ler) gelen katkı belirsizdir.

Tüm bunların hangi zaman diliminde gerçekleştiği de kozmologların hala üzerinde kafa yorduğu bir konudur. Her şey bir anda, sorunsuz bir şekilde mi sona erdi? Yoksa parça parça mı gerçekleşti?

Zier, “JWST ile erken evren, astrofizikte heyecan verici yeni bir sınır haline geldi. Bu teleskopla gördüklerimizi anlamak için teorilerimizi ayrıntılı tahminlere dönüştürmemiz gerekiyor.”

“Birkaç yıllık çalışmanın ve birçok iniş çıkışın ardından, simülasyon sonuçlarını görmek ve tahminlerimizin videoda hayata geçtiğini izlemek inanılmaz derecede tatmin edici” dedi.

Lumina, bir diğer simülasyon olan Illustris TNG’den daha büyük bir hacme sahiptir. TNG, yaklaşık 3,3 mega parseklik (Mpc) bir kutu kenarına sahipken Lumina’nın kutu kenarı 500 Mpc’dir. Dolayısıyla Lumina, her iki tarafta yaklaşık 1,5 milyar ışık yıllık bir alanı simüle eder; bu da gökbilimcilerin en güçlü teleskoplarımızla görebildikleriyle kabaca aynıdır. (Parsek, pc, gökbilimde kullanılan uzaklık ölçü birimi, yaklaşık 31× 10¹²  km’dir. Mpc=1 Milyon pc).

Bu görüntü, 500 cMpc, 50 cMpc, 5 cMpc ve 500 ckpc kenar uzunluklarına sahip yakınlaştırılmış kutularda, gaz ve yıldızları ifade eden madde yoğunluğunu göstermektedir. Şekil halenin kozmik ağa yerleşmesini (solda), ipliksi gaz kaynağını (ortada) ve merkezindeki kompakt yıldız yapısını (sağda) göstermektedir. 

Evrende en bol bulunan element olan hidrojenin yeniden iyonlaşması kapsamlı bir şekilde incelenmiş olsa da, helyumun yeniden iyonlaşması incelenmemiştir.

Lumina, helyumun yeniden iyonlaşmasını yakalar ve bu sonuçları simülasyonun geri kalanına aktarır. Bu, helyumun yeniden iyonlaşmasının kozmos üzerindeki etkisine ışık tutar.

Simülasyonlar ve gözlemler birlikte kozmolojideki ilerlemeyi yönlendiriyor ve teorisyenlerin artık araç kutularında güçlü bir araç daha var gibi görünüyor.

Texas Üniversitesi’nden Aaron Smith, “Lumina gibi simülasyonlar geliştirebildiğimiz için kendimizi inanılmaz derecede şanslı hissediyoruz.”

“İlk defa, evrenin bu kadar büyük bir hacminde hem hidrojenin hem de helyumun modern formlarına dönüşümünü takip edebiliyoruz, aynı zamanda bu dönüşümü yönlendiren galaksileri ve diğer ışık saçan cisimleri de çözümleyebiliyoruz” dedi.