Samanyolu gibi galaksiler nasıl ortaya çıkmaktadır? Zaman içinde nasıl büyüyorlar ve değişiyorlar? Gökada oluşumunun arkasındaki bilim, onlarca yıldır bir bilmece olarak gizemini koruyor ancak Arizona Üniversitesindeki bilim ekibi, süper bilgisayar simülasyonları sayesinde cevapları bulmak için bir adım öne geçmiş gözüküyor.

Uzayda gerçek galaksileri gözlemlemek zordur ancak zaman içerisinde anlık görüntüler sağlanabilir, bu nedenle galaksilerin milyarlarca yıl boyunca nasıl geliştiğini incelemek isteyen araştırmacılar bilgisayar simülasyonlarına başvurmak zorundadır. Geleneksel olarak gökbilimciler bu yaklaşımı tek tek yeni galaksi oluşumu teorilerini icat etmek ve test etmek için kullandılar. UA Steward gözlemevindeki akademisyen Peter Behroozi ve ekibi, galaksilerin nasıl oluşması gerektiğine dair farklı fiziksel teorilere uyan, bir süper bilgisayarda milyonlarca farklı evren yaratarak zorlu engellerin üstesinden geldi. Bulgular, karanlık maddenin galaksi oluşumunda oynadığı rol, galaksilerin zaman içinde nasıl geliştiği ve yıldızları nasıl doğurduğu hakkında temel fikirleri ortaya çıkarmıştır.

Araştırmanın lideri olan Behroozi, “Bilgisayar birçok farklı evren yaratabilir ve onları gerçek olanla karşılaştırabilir ve bu da hangi kuralları aşabileceğimizi anlamamızı yardımcı olur” diyor.

Çalışma, gerçek olanın tam bir kopyası olan, kendi kendine tutarlı evrenler yaratan ilk çalışmadır. Her biri, 12 milyon galaksiyi içeren ve Büyük Patlama’dan 400 milyon yıl sonra geçen süreyi kapsayan, gerçek kozmosun büyük bir bölümünü temsil eden bilgisayar simülasyonları oluşturulmuştur.

Gökadaların yıldızları nasıl oluşturduğuna dair yaygın düşünceler, yer çekiminin etkisi altında yoğun gazların çökmesine yol açarken diğer işlemler yıldız oluşumunu engeller. Örneğin, birçok galaksinin merkezlerinde süper kütleli kara delikler barındırdığı düşünülmektedir. Bu kara deliklere düşen madde muazzam enerjileri yayar, gazın yıldızların merkezine çökecek kadar soğumasını önleyen kozmik üfleyiciler gibi davranır. Benzer şekilde süpernova patlamasıyla hayatlarını sonlandıran yıldızlar da bu sürece katkı sağlıyor. Karanlık madde de bir galaksideki görünür maddeye etki eden yer çekimi kuvvetinin çoğunu sağladığı için galaksinin çevresinden soğuk gaz çeker ve ısınmasına yardımcı olur.

“Evrende daha geriye giderken, karanlık maddenin daha yoğun olmasını ve dolayısıyla gazın daha sıcak olmasını beklerdik. Bu, yıldız oluşumu için kötüdür, bu yüzden hızlıca oluşan birçok galaksinin olduğunu düşünmüştük. Behroozi, evrenin uzun zaman önce yıldız oluşturmayı bırakması gerektiğini söyledi. “Ama araştırmada biz bunun tam tersini bulduk: belirli bir boyuttaki galaksilerin, beklentilerin aksine daha yüksek bir oranda yıldız oluşturma olasılıkları daha fazlaydı.”

Behroozi’ye göre, eşi benzeri görülmemiş derecede karmaşık alaycı evrenler yaratmak, hesaplama gücü ve hafızası ile sınırlı olmayan tamamen yeni bir yaklaşım gerektiriyordu ve ölçekleri “süpernova” gibi “küçük” – bireysel nesnelerden – büyük bir boyuta yaymak için yeterli bir çözünürlük sağladı.  Behroozi, “Tek bir galaksinin simülasyonu 10 ila 48 kat güçlü bilgisayar işlemlerini gerektiriyor” dedi. “Dünyadaki bütün bilgisayarlar bir araya gelip yüz yıl içinde bunu yapamadı. Bu yüzden, sadece tek bir galaksiyi simüle etmek için güçlü sistemleri bir araya getirmek zorunda kaldık” dedi.

Almanya, Garching’deki NASA Ames Araştırma Merkezi ve Leibniz-Rechenzentrum’da bilgisayar kaynaklarını kullanmanın yanı sıra, ekip, UA Yüksek Performanslı Bilgi İşlem kümesinde “Ocelote” süper bilgisayarını kullandı. İki bin işlemci, üç hafta içinde verileri aynı anda kullandı. Araştırma projesi boyunca, Behroozi ve arkadaşları 8 milyondan fazla evren ürettiler.

Gökadaların nasıl oluştuğunu daha iyi anlamak için Behroozi ve meslektaşları, bireysel galaksilerin morfolojisini ve şekillerinin zaman içinde nasıl geliştiğini içerecek şekilde “Universe Machine”i genişletmeyi planlıyor.

Çeviri: Mert Küçükvardar

Kaynak: Peter Behroozi, Risa H. Wechsler, Andrew P Hearin, Charlie Conroy. UniverseMachine: Z = 0−10’dan galaksi büyümesi ile karanlık madde halo topluluğu arasındaki ilişki . Kraliyet Astronomik Toplumunun Aylık Bildirimleri , 2019; 488 (3): 3143 DOI: 10.1093 / mnras / stz1182