Astronomlar İlk Gerçekçi Sanal Evreni Oluşturdu

Astronomlar “Illustris” adı verilen bir bilgisayar programı kullanarak evrenin ilk gerçekçi benzetimini yaptı. Program, evrenin 13 milyar yıllık sürecinin, bir kenarı 350 milyon ışık yılı (ışığın 350 milyon yılda katettiği mesafe) olan kübik bir hacmin içerisinde daha önce ulaşılamamış bir çözünürlükle benzetimini yapabiliyor.

Geçmişte yazılan bilgisayar programları, hem bilgisayarların işlem kapasitelerinin yetersiz olmasından hem de kullanılması gereken fiziksel kuramlarla ilgili hesapların zorluğundan dolayı sürecin  ancak kabaca modellenmesine izin veriyordu. Ayrıca bu benzetimler; yıldız oluşumlarını, süpernova patlamalarını ve çok büyük kütleli kara deliklerin çevrelerinde sebep olduğu etkileri modellemekte de yetersizdi. Uzmanların beş yıllık çabasının ürünü olan Illustris ise çok daha gelişmiş bir program. Evrenin 12 milyar tane üç boyutlu piksel (çözünürlük elementi) kullanılarak modellenebildiği bu program, benzetimlerin hem normal madde hem de karanlık madde (evrendeki toplam enerjinin kabaca %25ini oluşturan, ışıkla etkileşmeyen ve yapısı henüz tam olarak anlaşılamamış madde) içermesine imkân veriyor. Süper bilgisayarların dahi aylarca çalıştırılmasını gerektiren, standart bir dizüstü bilgisayarla sonuçların ancak 5000 yıl gibi bir sürede alınabileceği bu benzetim, karanlık madde içeren modeller arasında, gözlemlerle en uyumlu sonuçları veriyor.

Projenin önemini daha iyi anlamak için şöyle bir örnek verelim. Işık uzayda sonlu bir hızla yol aldığı için evrende ne kadar uzağa bakarsak zamanda o kadar geriyi görürüz. Örneğin Dünya’dan bir milyar ışık yılı uzaklıktaki bir gökadaya baktığımızda gördüğümüz şey, o gökadanın bir milyar yıl önceki halidir. Dolayısıyla çok uzak gökcisimlerini görmemizi sağlayan Hubble ve benzeri teleskoplar, aslında bize evrenin gençlik çağlarını gösterir. Fakat gökadalar, gözlem yapılarak takip edilemez. Çünkü gökcisimlerinin oluşum süreci, insan ömründen çok uzun bir zaman aralığında gerçekleşir. Illustris ve benzeri bilgisayar programları ise milyarlarca yıl içinde gerçekleşen olayların çok daha kısa süre içine benzetimlerinin yapılmasına olanak veriyor.

Araştırmacılar, evrenin ilk zamanlarındaki karmaşayı modellemek çok zor olduğu için Illustris kullanarak yaptıkları benzetimlerde zamanın başlangıcı olarak Büyük Patlama’dan yaklaşık 12 milyon yıl sonrasını almış. Benzetimde günümüze ulaşıldığı zaman, evrenin modellenen kısmının 41.000 gökada içerdiği ve bu gökadaların bazılarının Samanyolu gibi sarmal bazılarınınsa eliptik gökadalar olduğu görülüyor. Ayrıca benzetim büyük ölçekte gökada kümelerini ve görece yoğun bölgeler arasındaki büyük boşlukları da tahmin edebiliyor. Küçük ölçekte ise gökadaların kendilerine özel kimyasal yapılarını büyük bir kesinlikle elde edilebiliyor. Tüm bu başarılarına rağmen Illustris’in mükemmel olduğu söylenemez. Program gözlemlerle uyumlu olmayan bazı tahminler de yapıyor. Örneğin küçük kütleli gökadalar beklenenden daha erken oluşuyor.

Resmin sol tarafında Hubble Uzay Teleskobu kullanılarak elde edilmiş, evrenden gerçek bir görüntü. Sağda ise Illustris programı kullanılarak elde edilmiş bir evren görüntüsü. (http://www.cfa.harvard.edu/news/2014-10)

Modellediği evren büyüklüğü ve çözünürlüğüyle şu ana kadarki tüm benzetimleri geride bırakan bu çalışmanın sonuçları, 8 Mayıs 2014 tarihinde Nature’da yayımlandı.

Soldan sağa: evrenin karanlık madde yoğunluğu, gaz yoğunluğu, gaz sıcaklığı ve gaz metal bolluğunun zaman içindeki değişimi. En üst sıradaki şekiller günümüzdeki durumu, en alttakilerse Büyük Patlama’dan 12 milyon yıl sonrasını gösteriyor.

Kaynaklar:

• http://www.nytimes.com/2014/07/16/science/space/stalking-the-shadow-universe.html?_r=1
• http://www.nature.com/news/model-universe-recreates-evolution-of-the-cosmos-1.15178
• http://www.illustris-project.org/about/
• http://www.cfa.harvard.edu/news/2014-10
• http://www.bbc.co.uk/news/science-environment-27299017
• Vogelsberger, M., ve ark., “Properties of galaxies reproduced by a hydrodynamic simulation”, Nature, Cilt 509, s. 177, 2014.