Devasa bir kozmik simülasyon etrafını sararak evrenin daha fazlasını yeniden yaratıyor

Astronomi öğrencileri arasında bir kozmoloji dersinin final sınavındaki bir soruyla ilgili eski bir şaka vardır. Şuna benziyor: “Evreni tanımlayın ve üç örnek verin.” Almanya, Amerika Birleşik Devletleri ve Birleşik Krallık’taki bir araştırma ekibi, evrenin neye benzediğine dair en az bir doğru örnek vermek için dev bir adım attı.

Bunu yapmak için “MillenniumTNG” adlı bir dizi simülasyon kullandılar. Zaman içinde galaksi birikimini ve kozmik yapıyı izler. Ayrıca evrenin standart kozmolojik modeline yeni bir bakış açısı sağlar. Kozmolojik simülasyonların en sonuncusu ve iki yıl önceki AbacusSummit projesi gibi iddialı çabalara katılıyor.

Bu simülasyon projesi, kozmik evrimin mümkün olduğu kadar çok yönünü hesaba katar. Sıradan (baryonik) maddenin (evrende gördüğümüz şey) simülasyonlarını kullanır. Aynı zamanda, evreni oluşturma mekanizmaları hala belirsiz olan karanlık madde, nötrinolar ve karanlık enerjiyi de içerir. Bu uzun bir istek.

Evren simülasyonu

Almanya’daki SuperMUC-NG’deki 120.000’den fazla bilgisayar merkezi, MillenniumTNG verileri üzerinde çalışmaya başladı. Bunu, uzayın yaklaşık 2.400 milyon ışıkyılı çapındaki bir bölgesinde yaklaşık yüz milyon galaksinin oluşumu izledi. Sonra Durham’daki Cosma8, boyutundan daha büyük, ancak simüle edilmiş bir trilyon karanlık madde parçacığı ve büyük nötrinoların hareketini izleyen 10 milyar tane daha ile dolu bir evreni hesaplamak için çalışmaya başladı.

Bu sayıda çarpışmanın sonucu, evrenin galaksilerin bileşimini ve dağılımını yansıtan simüle edilmiş bir bölgesiydi. Boyut, kozmologların onu tüm evren ve onun tarihi hakkında varsayımlarda bulunmak için kullanabilecekleri kadar büyüktü. Bunu, evrenin standart kozmolojik modelinde “çatlaklar” aramak için de kullanabilirler.

Kozmolojik model ve tahmin

Kozmologlar, evrenin evrimini açıklamak için önerdikleri bu temel modele sahipler. Şöyle devam ediyor: evrende farklı türde maddeler var. Hepimizin, yıldızların, gezegenlerin ve galaksilerin yapıldığı sıradan baryonik madde var. Evrendeki “malzemenin” %5’inden biraz daha azdır. Gerisi karanlık madde ve karanlık enerjidir.

Kozmolojik topluluk, bu tuhaf kozmik koşullar kümesini “soğuk Lambda karanlık madde” (kısaca LCDM) modeli olarak adlandırır. Aslında evreni çok iyi anlatıyor. Ancak, bazı tutarsızlıklar var. Simülasyonun çözmeye yardımcı olması gereken şey budur. Model, kozmik mikrodalga radyasyondan galaksilerin karmaşık bir karanlık madde filamentleri ağı boyunca düzenlendiği “kozmik ağa” kadar çok çeşitli kaynaklardan gelen verileri kullanır.

Hala karanlık maddenin tam olarak ne olduğuna dair iyi bir anlayış eksik. Ve karanlık enerji için bu bir meydan okumadır. Ve astrofizikçiler ve kozmologlar, LCDM’yi ve iki büyük bilinmeyenin varlığını daha iyi anlamaya çalışıyorlar. Bu, astronomlardan çok sayıda hassas yeni gözlem gerektirir. Madalyonun diğer tarafında, LCDM modelinin gerçekte ne önerdiğine dair daha ayrıntılı tahminlere de ihtiyaçları var. Bu büyük bir meydan okuma ve MillenniumTNG’nin büyük simülasyonlarını yönlendiren de bu. Kozmologlar evreni başarılı bir şekilde simüle edebilirlerse, bu simülasyonları “gerçek hayatta” neler olup bittiğini anlamaya yardımcı olmak için kullanabilirler. Bu, hem modern hem de çok erken evrendeki galaksilerin özelliklerini içerir.

MillenniumTNG kullanarak evrendeki galaksilerin eğilimlerini anlama ve tahmin etme

MillenniumTNG simülasyonları, “Millennium” ve “IllustrisTNG” adlı önceki simülasyon projelerini takip eder. Bu yeni grup, galaksi evrimi ve şekilleri (veya morfolojisi) gibi konulardaki anlayışlarındaki bazı boşluklara işaret eden bir araç sağlıyor.

Gökbilimciler uzun zamandır “içsel galaktik hizalanma” denen bir şeyi biliyorlar. Bu, temel olarak, kimsenin tam olarak anlayamadığı nedenlerle, galaksilerin şekillerini benzer yönlere yönlendirme eğilimidir.

Zayıf yerçekimsel merceklemenin galaksi hizasını nasıl gördüğümüzü etkilediği ortaya çıktı. MillenniumTNG simülasyonları, astronomların simüle edilmiş hizalamalar kullanarak “gerçek dünyada” bu tür hizalamaları ölçmelerine izin verebilir. Ekip üyesi Ana Maria Delgado’ya göre bu ileriye doğru büyük bir adım. “Belki de galaksi yönlerinin içsel hizalanması konusundaki kararlılığımız, zayıf merceklemeden çıkarılan küme maddesinin genliği ile kozmik mikrodalga arka planı arasındaki mevcut tutarsızlığı çözmeye yardımcı olabilir” dedi.

sondaj geçmiş

Kozmolojinin diğer alanlarında olduğu gibi, MillenniumTNG grubu da çok genç evreni simülasyonlar aracılığıyla inceliyor. Bu, ilk yıldızların zaten parlak bir şekilde parladığı ve ilk galaksilerin evrimleştiği yeniden iyonlaşma çağından sonraki zamandır. Bu ilk gökadalardan bazıları, genç evren bağlamının dışında görünen çok büyük. James Webb Uzay Teleskobu (JWST) tarafından görüldüler ve soru şu: Büyük Patlama’dan bu kadar kısa bir süre sonra nasıl bu kadar büyük hale geldiler?

MillenniumTNG simülasyonu, bazı erken galaksilerin kısa sürede katlanarak büyüme eğilimini tekrarlıyor gibi görünüyor. Tipik olarak, bu Büyük Patlama’dan yaklaşık 500 milyon yıl sonra olacaktır. Peki, bu galaksiler neden bu kadar büyük? Gökbilimci Rahul Kannan, bunu açıklamak için birkaç fikir sunuyor. “Belki de yıldız oluşumu Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra daha sonraki zamanlara kıyasla daha verimliydi veya o dönemde daha yüksek hızlarda büyük yıldızlar oluşmuş olabilir, bu da bu galaksileri alışılmadık derecede parlak hale getiriyor olabilir.”

JWST artık kozmik tarihin daha eski zamanlarına baktığına göre, simülasyonların onun bulduklarını tahmin edip etmediğini görmek ilginç olacak. Keenan, gerçek evren ile simülasyon arasında bir uçurum olabileceğini öne sürüyor. Bu gerçekleşirse, kozmologlar için kozmik tarihin en erken dönemleri hakkında başka bir kafa karıştırıcı soru ortaya çıkacak.

Simüle edilmiş ve gerçek evren keşfinin geleceği

Önümüzdeki on yıllardaki kozmolojik çalışmalar, Millennium TNG gibi simülasyonlardan büyük ölçüde faydalanacaktır. Ancak, simülasyonlar yalnızca aldıkları veriler ve bilim ekiplerinin yaptığı varsayımlar kadar iyidir. MillenniumTNG, verilerini işlemek için süper bilgisayarların yeteneklerinin yanı sıra geniş bilgi veritabanlarından yararlanır. Max Planck Enstitüsü’nden ekibin baş araştırmacısı Profesör Volker Sprengel’e göre, 3 petabayttan fazla veri üreten simülasyonlar, kozmoloji için önemli bir varlıktır.

“MillenniumTNG, galaksi oluşumu simülasyonlarındaki son gelişmeleri büyük ölçekli kozmik yapı alanıyla birleştirerek, galaksilerin evrenin karanlık madde omurgasına olan bağlantısının gelişmiş teorik modellemesine izin veriyor” dedi. “Bu, nötrino kütlesinin büyük ölçekli yapı verileriyle nasıl daha iyi sınırlandırılabileceği gibi kozmolojideki temel soruları ilerletmek için çok yararlı olabilir.”

Tahminleri kesinlikle MillenniumTNG Projesi’nin hedefleriyle örtüşüyor. Ekipler, yaklaşık on yıl önce oluşturulan yalnızca karanlık madde Millennium simülasyonuna ek olarak hidrodinamik simülasyonlar yürüten IllustrisTNG projesinin başarısını geliştirmeye devam ediyor. Ekibin simülasyonları, bir dizi farklı galaktik konuyu incelemek için kullanıldı. Maddenin bir araya toplanmasını ve gökada halelerini, gökada kümelerini ve bunların dağılımını, gökada oluşum modellerini, erken evrendeki gökada kümelerini, gökadaların içsel hizalanmalarını ve diğer ilgili konuları içerir. Evreni tam olarak tanımlayamayabilirler (ve üç örnek verebilirler), MillenniumTNG ekibi evrenin kökenini ve evrimini anlamada büyük adımlar atıyor.

daha fazla bilgi için

Standart kozmolojik modelde çatlaklar aramak
MillenniumTNG Projesi web sayfası