Bilim adamları açıkladı: Evrenin ilk iki milyar yılı yeniden canlandırıldı

Smithsonian tarafından paylaşılan araştırmaya göre, Harvard ve Smithsonian Astrofizik Merkezi'nden bilim insanları, erken evrenin gelişimini benzeri görülmemiş ayrıntılarla incelemeye olanak tanıyan Lumina adlı yeni bir simülasyon geliştirdi. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergisinde yayımlanan çalışma, evrenin ilk 2 milyar yılında normal madde, karanlık madde ve radyasyonun nasıl etkileşime girdiğini ortaya koymayı amaçlıyor.

James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi gelişmiş gözlem araçları, bilim insanlarının erken evrene ilişkin araştırmalarında önemli rol oynuyor. Ancak teleskoplardan elde edilen verilerin doğru yorumlanabilmesi için gözlemlerin teorik modellerle karşılaştırılması gerekiyor.

Lumina simülasyonu, gökbilimcilere bu karşılaştırmayı yapabilecekleri kapsamlı bir model sunuyor. Araştırmacılar, teleskop gözlemlerini simülasyonun öngörüleriyle karşılaştırarak evrenin oluşumuna ilişkin mevcut teorilerin ne ölçüde geçerli olduğunu değerlendirebilecek.

Elde edilen sonuçların mevcut modellerle örtüşmemesi durumunda ise evrenin işleyişine ilişkin yeni açıklamaların geliştirilmesi gündeme gelebilecek. Lumina, bugüne kadar geliştirilen en büyük kozmolojik radyasyon-hidrodinamik simülasyonu olma özelliğini taşıyor.

Bu tür simülasyonlar, evrendeki gazın, karanlık maddenin ve ışınımın birbirleriyle etkileşimini inceleyerek yıldızların ve galaksilerin nasıl oluştuğunu anlamaya yardımcı oluyor. Yeni simülasyon, daha önce geliştirilen benzer modellerin kapsadığı uzay hacminin 100 katından fazlasını ele alıyor.

Yaklaşık 1,5 milyar ışık yılı kenar uzunluğuna sahip küp biçimindeki bir bölgeyi modelleyen Lumina, evrenin ilk dönemlerinde galaksilerin nasıl ortaya çıktığını ve çevrelerindeki gazı nasıl etkilediğini ayrıntılı biçimde takip ediyor. Araştırmanın en dikkat çekici yönlerinden biri, hidrojen ve helyumun erken evrende geçirdiği yeniden iyonlaşma sürecinin modellenmesi oldu.

Yeniden iyonlaşma, evrendeki nötr atomların yüksek enerjili ışınım nedeniyle elektron kaybederek iyonlaşması anlamına geliyor. Lumina, hidrojen ve helyumun bu dönüşümünü son derece geniş bir kozmik hacimde takip edebiliyor.

Ayrıca helyumun yeniden iyonlaşmasının etkilerini simülasyon devam ederken hesaplayarak modelin gelişimine doğrudan yansıtıyor. Araştırmanın yazarlarından Texas Üniversitesi Fizik Bölümü Öğretim Üyesi Aaron Smith, ilk kez bu kadar büyük bir evren hacminde hem hidrojenin hem de helyumun dönüşümünü takip edebildiklerini belirtti.

Smith, aynı zamanda bu dönüşümü sağlayan galaksileri ve diğer parlak gök cisimlerini ayrıntılı biçimde inceleyebildiklerini ifade etti. Lumina'nın geliştirilmesinde, ABD'nin Tennessee eyaletindeki Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'nda bulunan Frontier süper bilgisayarından yararlanıldı.

Dünyanın en güçlü süper bilgisayarları arasında yer alan Frontier üzerinde yürütülen hesaplamalarda 15 binden fazla grafik işlem birimi (GPU) kullanıldı.