Gökadaların oluşumu, kozmik oranlar ve milyarlarca yıl süren bir aşamada meydana gelen, madde ve enerji arasında karmaşık bir danstır. Bugün gözlemlediğimiz yapılandırılmış ve dinamik gökadaların çeşitliliği, Big Bang'in ateşli kaosundan nasıl ortaya çıktı, kozmolojinin en zor çözülmemiş bulmacalarından biri olmaya devam ediyor.
Yanıtları araştırmak için, uluslararası bir bilim adamları ekibi, TNG50 olarak adlandırdıkları bir simülasyon olan bugüne kadar evrenin en ayrıntılı büyük ölçekli modelini yarattı. Yaklaşık 230 milyon ışıkyılı genişliğindeki sanal evrenleri, daha önce yalnızca tek galaksi modellerinde görülen ayrıntı düzeylerine sahip on binlerce gelişen gökada içeriyor. Simülasyon, 13.8 milyar yıllık bir süre boyunca karanlık maddeyi, gazları, yıldızları ve süper kütleli kara delikleri temsil eden 20 milyardan fazla parçacığı izledi.
Eşi görülmemiş çözüm ve ölçek, araştırmacıların kendi evrenimizin geçmişine dair önemli bilgiler toplamasına izin vererek, çeşitli garip şekilli galaksilerin kendilerini nasıl dönüştürdüğünü ve yıldız patlamaları ve kara deliklerin bu galaktik evrimi nasıl tetiklediğini ortaya koydu. Sonuçları, Kraliyet Astronomi Derneği Aylık Bildirimleri dergisinin Aralık 2019 sayısında yer alacak iki makalede yayınlandı.
TNG50, tek tek galaksilerin ince detaylarından ödün vermeden büyük ölçekli bir evren üreterek evrenimizin Büyük Patlama'dan bu yana nasıl geliştiğinin tam bir resmini oluşturmayı amaçlayan IllustrisTNG Projesi tarafından oluşturulan en son simülasyon.
Florida Üniversitesi fizik profesörü ve çalışmanın ortak yazarı Paul Torrey, "Bu simülasyonlar, içlerindeki galaksilerin oluşumunu ve evrimini inceleyerek ve anlayarak bir ton öğrenebileceğimiz devasa veri kümeleridir." Dedi. "TNG50 ile ilgili temel olarak yeni olan şey, galaksiler içinde sistemlerin iç yapısının oluştukça ve geliştikçe nasıl göründüğüne dair net bir resim veren yeterince yüksek bir kütle ve mekansal çözüme ulaşmanızdır."
Modelin ayrıntılara gösterdiği dikkat biraz pahalıdır. Simülasyon, Almanya'nın Stuttgart kentinde, bir yıldan uzun süredir sürekli olarak çalışan 16.000 işlemci çekirdeği Hazel Hen süper bilgisayar gerektiriyordu. Aynı hesaplamanın hesaplanması 15.000 yıl sürecek tek bir işlemci sistemi gerektiriyordu. Tarihin en hesaplamalı olarak ağır astrofizik simülasyonlarından biri olmasına rağmen, araştırmacılar yatırımlarının işe yaradığına inanıyorlar.
Almanya, Münih'teki Max Planck Astrofizik Enstitüsü'nden doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı Dylan Nelson yaptığı açıklamada, "Bu türden sayısal deneyler, koyduğunuzdan daha fazla çıktığınızda özellikle başarılı oluyor," dedi. . "Simülasyonumuzda, açıkça simülasyon koduna programlanmamış fenomenler görüyoruz. Bu fenomenler, doğal bir tarzda, model evrenimizin temel fiziksel bileşenlerinin karmaşık etkileşimlerinden ortaya çıkıyor."
Bu ortaya çıkan fenomen, evrenimizin neden Büyük Patlama'dan 13.8 milyar yıl sonra göründüğünü anlamak için gerekli olabilir. TNG50, araştırmacıların evren doğduktan kısa süre sonra ortaya çıkan çalkantılı gaz bulutlarından galaksilerin nasıl ortaya çıktığını ilk elden görmelerine izin verdi. Kozmik mahallemizde ortak olan disk şeklindeki galaksilerin doğal olarak simülasyonlarında ortaya çıktıklarını ve merkezi süper kütleli kara deliklerinden uzanan spiral kollar, çıkıntılar ve çubuklar dahil iç yapılar ürettiklerini keşfettiler. Bilgisayar tarafından üretilen evrenlerini gerçek yaşam gözlemleriyle karşılaştırdıklarında, gökada nüfusunun niteliksel olarak gerçeklikle tutarlı olduğunu keşfettiler.
Galaksileri düzenli olarak dönen disklere dönüşmeye devam ettikçe başka bir fenomen ortaya çıkmaya başladı. Her gökadanın kalbindeki süpernova patlamaları ve süper kütleli kara delikler yüksek hızlı gaz çıkışları yarattı. Bu çıkışlar, bir galaksinin binlerce ışık yılı üzerinde yükselen gaz fıskiyelerine dönüştü. Yerçekimi römorkörü sonunda bu gazın çoğunu galaksinin diskine geri getirdi, dış kenarına yeniden dağıttı ve gaz çıkışı ve içeri akışının bir geri besleme döngüsü oluşturdu. Yeni yıldızlar oluşturmak için malzemelerin geri dönüştürülmesinin yanı sıra, çıkışların galaksilerin yapısını da değiştirdiği gösterildi. Geri dönüştürülmüş gazlar galaksilerin ince dönen disklere dönüşümünü hızlandırdı.
Bu ilk bulgulara rağmen, takım modellerini incelemeyi bitirmekten çok uzaktır. Ayrıca, sanal kozmoslarını incelemek için dünyadaki gökbilimciler için simülasyonun tüm verilerini kamuya açıklamayı planlıyorlar.
Torrey, "Şimdi önümüzde bu simülasyonların tamamlandığı çok büyük bir yol var." Dedi. "Bütün bir araştırmacı ekibi, oluşan gökadaların ayrıntılı özelliklerini ve bu verilerde ortaya çıkan eğilimlerin daha iyi anlaşılması için çalışıyor."
