Çok eski zamanlardan beri, filozoflar ve akademisyenler varlığın nasıl başladığını belirlemeye çalıştılar. Modern astronomi doğduğunda, bu gelenek devam etti ve kozmoloji olarak bilinen alana yol açtı. Ve süper hesaplama yardımıyla, bilim adamları Evrenimizde ilk yıldızların ve galaksilerin nasıl oluştuğunu ve milyarlarca yıl boyunca nasıl geliştiğini gösteren simülasyonlar yapabilirler.
Yakın zamana kadar, en kapsamlı ve eksiksiz çalışma, son 13 milyar yıl boyunca gökada oluşum sürecine bakan “Illustrus” simülasyonuydu. Kendi rekorunu kırmaya çalışan aynı ekip kısa süre önce “Illustris, Yeni Nesil” veya “IllustrisTNG” olarak bilinen bir simülasyon yapmaya başladı. Bu bulguların ilk turu yakın zamanda açıklandı ve birkaç tanesinin daha gelmesi bekleniyor.
Bu bulgular yakın zamanda yayınlanan üç makalede ortaya çıktı Kraliyet Astronomi Derneği Aylık Bildirimleri. Illustris ekibi, Heidelberg Teorik Araştırmalar Enstitüsü, Max-Planck Astrofizik ve Astronomi Enstitüleri, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü, Harvard Üniversitesi ve New York'taki Hesaplamalı Astrofizik Merkezi'nden araştırmacılardan oluşmaktadır.
Gauss Süper Bilgisayar Merkezi'ni (GCS) içeren dünya standartlarında üç Alman süper hesaplama tesisinden biri olan Yüksek Performanslı Bilgi İşlem Merkezi Stuttgart'ta (HLRS) Hazel Hen süper bilgisayarını kullanma - ekip, doğrulamaya ve genişletmeye yardımcı olacak bir simülasyon gerçekleştirdi Evrenin en erken aşamaları hakkında mevcut deneysel bilgiler üzerine - yani Büyük Patlama'dan 300.000 yıl sonrasına kadar olanlara.
Bu simülasyonu oluşturmak için ekip, denklemleri (Genel Görelilik Teorisi gibi) ve modern gözlemlerden elde edilen verileri, Evrenin geniş bir kesitini temsil eden büyük bir hesaplama küpüne birleştirdi. Yıldız oluşumu ve kara deliklerin büyümesi gibi bazı süreçler için, araştırmacılar gözlemlere dayanan varsayımlara güvenmek zorunda kaldılar. Daha sonra bu simüle edilmiş Evreni harekete geçirmek için sayısal modeller kullandılar.
Önceki simülasyonlarıyla karşılaştırıldığında, IllustrisTNG üç farklı çözünürlükte 3 farklı evrenden oluşuyordu - bunların en büyüğü 1 milyar ışıkyılı (300 megaparreküp) ölçülüyordu. Buna ek olarak, araştırma ekibi manyetik alanlar için daha kesin bir muhasebeleştirerek doğruluğu arttırdı. Toplamda, simülasyon Hazel Hen süper bilgisayarında toplam 35 milyon çekirdek saat boyunca 24.000 çekirdek kullandı.
Heidelberg Teorik Araştırmalar Enstitüsü'nde profesör ve araştırmacı ve projenin baş araştırmacısı Prof. Dr. Volker Springel, bir Gauss Center basın bülteninde açıkladı:
“Manyetik alanlar çeşitli nedenlerle ilginçtir. Kozmik gaza uygulanan manyetik basınç zaman zaman termal (sıcaklık) basınca eşit olabilir, yani bunu ihmal ederseniz, bu etkileri kaçıracak ve sonuçlarınızdan ödün vereceksiniz. ”
Bir diğer önemli fark, son gözlem kampanyalarına dayanan güncellenmiş kara delik fiziğinin dahil edilmesiydi. Bu, süper kütleli karadelikler (SMBH'ler) ve galaktik evrim arasında bir korelasyon gösteren kanıtları da içerir. Özünde, SMBH'lerin bir galaksideki yıldız oluşumu üzerinde tutuklayıcı bir etkiye sahip olabilen radyasyon ve parçacık jetleri biçiminde muazzam miktarda enerji gönderdikleri bilinmektedir.
Araştırmacılar ilk simülasyon sırasında bu sürecin kesinlikle farkında olsalar da, yıldız oluşumunu nasıl tamamen durdurabileceklerini etmediler. Simülasyona hem manyetik alanlar hem de kara delik fiziği üzerine güncellenmiş veriler ekleyerek, ekip veriler ve gözlemler arasında daha büyük bir korelasyon gördü. Bu nedenle sonuçlara daha fazla güvenirler ve bugüne kadarki en doğru simülasyonu temsil ettiğine inanırlar.
Ancak Max Planck Astronomi Enstitüsü'nün fizikçisi ve llustricTNG üyesi olan Dr. Dylan Nelson'ın açıkladığı gibi, süper bilgisayarlardaki ilerlemelerin devam ettiği varsayılarak gelecekteki simülasyonların daha da doğru olması muhtemeldir:
“Gelecek nesil sistemlerde artan bellek ve işleme kaynakları, evrenin büyük hacimlerini daha yüksek çözünürlükle simüle etmemizi sağlayacaktır. Büyük hacimler kozmoloji için, evrenin büyük ölçekli yapısını anlamak ve gelecek nesil büyük gözlem projeleri için kesin tahminler yapmak için önemlidir. Simülasyonumuzda bireysel galaksilerin içinde olan süreçlerin fiziksel modellerimizi geliştirmek için yüksek çözünürlük önemlidir. ”
Bu son simülasyon, araştırma ekibine kodlamaları ile ilgili konularda yardımcı olan GCS personeli tarafından sağlanan kapsamlı destek sayesinde de mümkün oldu. Ayrıca, dünyanın dört bir yanından araştırmacıları bir araya getiren ve ihtiyaç duydukları kaynaklarla eşleştiren muazzam bir işbirliği çabasının sonucuydu. Son olarak, uygulamalı araştırma ve teorik araştırma arasındaki işbirliğinin artmasının nasıl daha iyi sonuçlara yol açtığını göstermektedir.
İleriye baktığımızda ekip, bu son simülasyonun sonuçlarının bir öncekinden daha yararlı olduğunu umuyor. Orijinal Illustris veri sürümü 2.000'den fazla kayıtlı kullanıcı kazanmış ve 130 bilimsel çalışmanın yayınlanmasıyla sonuçlanmıştır. Bunun daha doğru ve güncel olduğu göz önüne alındığında, ekip daha fazla kullanıcı bulacağını ve daha da çığır açan bir araştırma ile sonuçlanacağını umuyor.
Kim bilir? Belki bir gün, Evrenimizin oluşumunu ve evrimini tam bir doğrulukla yakalayan bir simülasyon oluşturabiliriz. Bu arada, ekip üyesi ve MIT fizikçisi Mark Vogelsberger'in izniyle ilk Illustris Simulation'ın bu videosundan keyif aldığınızdan emin olun:
