Frontier Süper Bilgisayarı Evrenin İlk 2 Milyar Yılını Canlandırdı

Teori ile James Webb Verilerini Buluşturan Model

Lumina, derin uzay teleskoplarının yakaladığı beklenmedik gök cisimlerini test etmek amacıyla geliştirildi.

NASA'nın James Webb Uzay Teleskobu (JWST) derin uzaydan kozmik şafak dönemine ait beklenmedik derecede gelişmiş yapılar göndermeye başladığından beri, kozmologlar bu erken hareketliliği standart modellerle açıklamakta zorlanıyordu. Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi liderliğindeki uluslararası ekip, bu gözlemleri test etmek için Lumina projesini hayata geçirdi.

Yeni model önceki çalışmalara kıyasla devasa bir ölçeğe ulaşıyor. 2022'de geliştirilen Thesan simülasyonu, 300 milyon ışık yılı genişliğindeki bir alanda yaklaşık 1 milyar yıllık evrimi takip edebiliyordu. Lumina ise ölçeği radikal biçimde büyüterek 1,5 milyar ışık yılı kenar uzunluğuna sahip bir küpte 2 milyar yıllık süreci çözümlüyor.

Bu geniş alan, ilk galaksilerin ve yıldızların doğuşu sırasında meydana gelen kimyasal dönüşümleri doğrudan gözlemlemeyi ve JWST'nin elde ettiği derin uzay taramalarıyla doğrudan karşılaştırmayı mümkün kılıyor.

Lumina simülasyonu teknik ve hesaplama verileri

Yeniden İyonlaşmayı İzlemek İçin 15.000 GPU

Kozmik boyutta gaz dinamiğini, ışıma transferini ve karanlık maddeyi hesaplamak muazzam bir işlem gücü istiyor. Ticari teknoloji devleri devasa sunucu yatırımlarına kaynak aktarırken—Meta'nın çip devleriyle planladığı devasa adımlar gibi hamlelerde gördüğümüz üzere—temel bilimler hâlâ paylaşımlı süper bilgisayarlara bağımlı. Araştırma ekibi, simülasyonu ABD Enerji Bakanlığı'na bağlı Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki Frontier üzerinde çalıştırdı ve sistemdeki 37.000 grafik işlemcisinin yaklaşık 15.000'ini bu göreve tahsis etti.

Bu işlem gücü, simülasyonun hidrojen iyonlaşmasının yanında helyum iyonlaşmasını da aynı anda hesaba katmasını sağladı. Büyük Patlama'dan yaklaşık 380.000 yıl sonra evren soğuduğunda, temel parçacıklar birleşerek nötr hidrojen ve helyum atomlarını oluşturmuştu. İlk yıldızların parlamasıyla yayılan morötesi ışıma bu elektronları tekrar kopardı.

Eski simülasyonlar ölçek kısıtları nedeniyle bu kimyasal süreçleri basitleştirmek ya da birbirinden ayrı hesaplamak zorundaydı. Lumina her iki süreci eşzamanlı modellediği için ortaya çıkan ışıma geri beslemesi yeni yıldız oluşumlarını doğrudan etkiliyor.

Erken Galaksiler Üzerine Fizik Tartışması

Lumina'nın ürettiği veriler teleskop gözlemlerini şimdiden sorgulatıyor. Model, kozmik şafakta JWST gözlemlerinin işaret ettiğinden çok daha az sayıda dev kütleli galaksi bulunması gerektiğini hesaplıyor.

Ayrıca görüntülerde sıkça rastlanan ve 'küçük kırmızı noktalar' olarak adlandırılan gizemli cisimler de simülasyona dahil edildi. Birçok araştırmacı bu noktaların yoğun yıldız kümelerinden ziyade ilkel kara delik tohumları olabileceğini düşünüyor. Simülasyonun sanal verileri canlı teleskop verileriyle kıyaslandıkça evrenin temel kurallarının mı yoksa teleskop verilerini yorumlama biçimimizin mi hatalı olduğu netleşecek.

Türkiye'deki araştırmacılar için ne anlama geliyor?

Çalışmanın teorik çerçevesi ve yöntemleri Monthly Notices of the Royal Astronomical Society dergisinde yayımlandı. Ekip, kozmik lif yapılarını, kimyasal zenginleşmeyi ve iyonlaşma fazlarını gösteren 15 farklı görselleştirme setini erişime açtı.

Frontier üzerinde üretilen bu sentetik hacim verilerinin, Türkiye'deki astrofizik ve uzay bilimleri bölümlerinde JWST verileri üzerine çalışan araştırmacıların gözlem modellerini kalibre etmesi için önemli bir açık kaynak zemin sunması bekleniyor.