Bilim insanları, Büyük Patlama’yı izleyen ilk iki milyar yıldaki evreni incelemek için Lumina adlı kapsamlı bir kozmolojik simülasyon geliştirdi. Yaklaşık 1,5 milyar ışık yılı genişliğindeki bir bölgeyi modelleyen çalışma, ilk galaksilerin oluşumunu ve evrenin geçirdiği değişimi araştırıyor.
Harvard ve Smithsonian Astrofizik Merkezi araştırmacılarının geliştirdiği Lumina, erken evrende normal madde, karanlık madde ve radyasyonun etkileşimlerini incelemeyi amaçlıyor. Araştırma, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergisinde yayımlandı.
Teleskop gözlemleriyle kuramsal modeller karşılaştırılabilecek
James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi gözlem araçları, erken evren araştırmalarında önemli veriler sağlıyor. Bu gözlemlerin anlamlandırılabilmesi için sonuçların teorik modellerle karşılaştırılması gerekiyor.
Lumina, gökbilimcilere bu karşılaştırmayı yapabilecekleri geniş kapsamlı bir model sunuyor. Araştırmacılar, teleskoplardan gelen verileri simülasyonun öngörüleriyle karşılaştırarak evrenin oluşumuna ilişkin mevcut teorileri değerlendirebilecek. Bulguların modellerle uyuşmaması, evrenin işleyişini açıklamak için yeni yaklaşımların geliştirilmesini gündeme getirebilir.
Önceki simülasyonlardan 100 kat büyük hacim
Lumina, bugüne kadar geliştirilen en büyük kozmolojik radyasyon-hidrodinamik simülasyonu olarak tanımlanıyor. Bu modeller, gaz, karanlık madde ve ışınım arasındaki etkileşimleri inceleyerek yıldızların ve galaksilerin oluşum süreçlerini anlamaya yardımcı oluyor.
Simülasyonun kapsadığı uzay hacmi, daha önceki benzer çalışmaların alanının 100 katından fazla. Kenar uzunluğu yaklaşık 1,5 milyar ışık yılı olan küp biçimindeki bölgede, ilk galaksilerin ortaya çıkışı ve çevrelerindeki gaz üzerindeki etkileri izleniyor.
Hidrojen ve helyumun yeniden iyonlaşması modellendi
Çalışmanın öne çıkan yönlerinden biri, erken evrende hidrojen ve helyumun geçirdiği yeniden iyonlaşma sürecinin bu ölçekte incelenmesi. Yeniden iyonlaşma, nötr atomların yüksek enerjili ışınım nedeniyle elektron kaybedip iyonlaşması anlamına geliyor.
Lumina, iki elementteki bu dönüşümü geniş bir kozmik hacimde takip edebiliyor. Helyumun yeniden iyonlaşmasının etkileri de simülasyon sürerken hesaplanarak modele ekleniyor.
Araştırma yazarlarından Texas Üniversitesi Fizik Bölümü Öğretim Üyesi Aaron Smith, hidrojen ve helyumdaki dönüşümün ilk kez bu kadar büyük bir evren hacminde birlikte takip edilebildiğini belirtti. Smith, süreci sağlayan galaksilerin ve diğer parlak gök cisimlerinin de ayrıntılı biçimde incelenebildiğini ifade etti.
Hesaplamalarda 15 binden fazla GPU kullanıldı
Lumina’nın hesaplamaları, ABD’nin Tennessee eyaletindeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı’nda bulunan Frontier süper bilgisayarında yürütüldü. Dünyanın en güçlü süper bilgisayarları arasında gösterilen Frontier’daki çalışmalarda 15 binden fazla grafik işlem biriminden (GPU) yararlanıldı.
