Yeni bir bilgisayar simülasyonu olan Lumina, evrenin ilk galaksileri ve yıldızlarının nasıl oluştuğunu detaylı bir şekilde gözler önüne seriyor.
Evrenin Karanlık Çağları
Evrenin oluşumu, Büyük Patlama ile başladı ve bu süreçte elektronlar ve alt atomik parçacıklardan oluşan yoğun bir plazma ortaya çıktı. Bu plazma, hızla genişleyip soğuyarak elektriksel olarak nötr hidrojeni oluşturdu. Nötr hidrojen biriktiğinde, ışığın ve diğer radyasyon formlarının serbestçe geçişini engelleyen bir örtü haline geldi. Yaklaşık 380.000 yıl sonra evren, kozmik bir “karanlık çağa” girdi.
Lumina’nın Yenilikleri
Bugün Royal Astronomical Society’nin Monthly Notices dergisinde yayımlanan bir çalışmada, MIT ve Harvard Üniversitesi’nden fizikçiler, Lumina adlı büyük hacimli ve yüksek çözünürlüklü bir simülasyonu tanıttı. Bu simülasyon, karanlık çağlardan başlayarak evrenin sonraki 2 milyar yılını takip ediyor.
Lumina, 500 megaparsec (yaklaşık 1,6 milyar ışık yılı) genişliğindeki bir alanı kapsıyor. Simülasyon, karanlık madde, gaz, yıldızlar ve radyasyonun (örneğin fotonlar) evrimini büyük kozmik ölçeklerde ve bireysel galaksilerin detayında takip ediyor.
İki Dönüşüm Süreci
Lumina, kozmik tarihte iki büyük dönüşüm sürecini yakalıyor: hidrojenin yeniden iyonizasyonu ve helyumun yeniden iyonizasyonu. Hidrojenin yeniden iyonizasyonu, erken yıldızların yeterince ultraviyole ışık yayarak nötr hidrojeni elektronlarından arındırdığı bir dönemi ifade ediyor. Bu süreç, ışığın serbestçe ilerlemesini sağladı.
Simülasyon, hidrojenin yeniden iyonizasyonunun erken galaksiler ve yıldızlardan gelen ışıkla tetiklendiğini gösteriyor. Helyumun yeniden iyonizasyonu ise, daha enerjik erken süper kütleli kara delikler tarafından destekleniyor. Bu, simülasyonda her iki sürecin de detaylı bir şekilde yakalandığı ilk kez gerçekleşiyor.
Simülasyonun Gücü
Lumina, IllustrisTNG isimli önceki bir simülasyondan geliştirilmiş olup, galaksi oluşumunu daha geniş bir hacimde takip etme yeteneği sunuyor. Simülasyon, karanlık madde parçacıkları ve gaz hücreleri dahil olmak üzere yarım trilyon bireysel unsur içeriyor ve bu, IllustrisTNG’den 30 kat daha yüksek bir çözünürlük sağlıyor.
Simülasyon, Oak Ridge National Laboratory’deki Frontier süper bilgisayarında çalıştırıldı. Bu hesaplamalar, 100.000 CPU çekirdeği ve yaklaşık 15.000 GPU ile gerçekleştirildi. Bu kadar çok işlemcinin etkili bir şekilde iletişim kurması, olağanüstü bir mühendislik başarısı olarak değerlendiriliyor.
Gelecek Vizyonu
Lumina, evrenin ilk yapılarının büyük ölçekli haritasını çıkarmak için kullanılacak. Simülasyon, ayrıca erken galaksilerin ve kara deliklerin üretebileceği gravitatif dalga desenlerini tahmin etmekte yardımcı olabilir. Lumina’nın simüle ettiği her şey, yeni ve gelecek teleskopların gözlemleriyle karşılaştırılabilir hale gelecek.
Bu araştırma, NASA ve National Science Foundation tarafından desteklenmiş ve Oak Ridge National Laboratory’daki kaynaklar kullanılmıştır.
