Parlak sarı bir balçık kalıbının büyüme modellerinden esinlenen hesaplamalı bir yaklaşım; UC Santa Cruz’daki gökbilimci ve bilgisayar bilimci ekibinin, galaksileri evrende birbirine bağlayan kozmik ağın filamanlarını izlemesini sağladı.
10 Mart’ta Astrophysical Journal Letters’da yayınlanan sonuçları; galaksiler arasındaki boşluktaki dağınık gaz ile kozmolojik teorinin öngördüğü kozmik ağın büyük ölçekli yapısı arasındaki ilk kesin ilişkiyi sağlar.
Hakim teoriye göre; evren büyük patlamadan sonra evrimleştikçe, madde büyük boşluklarla ayrılmış, birbirine bağlı filamanların ağ benzeri bir kolunda dağıldı: Maddenin en yoğun olduğu filamanların kesişme noktalarında ve en yoğun bölgelerinde oluşan yıldızlar ve gezegenlerle dolu aydınlık gökadalar… Gökbilimciler bunların bir kısmını görmeyi başarabilmiş olsa da, galaksiler arasında uzanan yaygın hidrojen gazı filamanları büyük ölçüde görünmezdir.
Bunların hiçbirinin genellikle Physarum polycephalum adı verilen düşük balçıklı bir kalıpla bir ilgisi yok gibi görünüyor, genellikle ormanda çürüyen kütükler ve yapraklarda büyüyor ve bazen çimler üzerinde süngerimsi sarı kütleler oluşturuyor. Ancak Physarum, optimum dağıtım ağları oluşturma ve hesaplamalı olarak zor mekansal organizasyon sorunlarını çözme yeteneğine sahiptir. Ünlü bir deneyde, balçık bir kalıp; Tokyo çevresindeki şehirleri temsil etmek için düzenlenmiş gıda kaynaklarını birleştirerek Japonya’nın raylı sistem düzenini çoğalttı.
UC Santa Cruz’da astronomi ve astrofizik alanında doktora sonrası araştırmacı Joe Burchett; kozmik ağı büyük ölçekte görselleştirmenin bir yolunu arıyordu. Ancak hesaplama ortamlarında doktora sonrası araştırmacı Oskar Elek, Physarum tabanlı bir algoritma kullanılmasını önerdiğinde şüpheliydi. Sonuçta, tamamen farklı kuvvetler kozmik ağı ve bir balçık kalıbın büyümesini şekillendirir.
Ancak doğadaki desenlerden ilham alan Araştırmacı Elek; Berlinli Sanatçı Sage Jenson’un Physarum “biyofabrikasyonları” ndan etkilendi. Jenson’un kullandığı (aslında Jeff Jones tarafından 2010 yılında geliştirilen) 2 boyutlu Physarum modelinden başlayarak Elek ve Programcı Jan Ivanecky üç boyuta genişletti ve Monte Carlo Physarum Makinesi olarak adlandırdıkları yeni bir algoritma oluşturmak için ek değişiklikler yaptılar.
Burchett, Elek’e Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması’ndan (SDSS) 37.000 galaksinin bir veri kümesini verdi ve yeni algoritmayı buna uyguladıklarında, sonuç kozmik ağın oldukça ikna edici bir temsiliydi. Elbette, modelin güçlü bir görsel benzerliği, kozmik ağın beklenen yapısıyla sonuçlanır, hiçbir şey kanıtlamaz. Araştırmacılar, modeli geliştirmeye devam ederken modeli doğrulamak için çeşitli testler yaptılar.
Şimdiye kadar, kozmik ağın en iyi temsilleri, galaksilerin oluştuğu büyük karanlık haleler ve onları birbirine bağlayan filamanlar da dahil olmak üzere, karanlık maddenin büyük ölçeklerde dağılımını gösteren evrendeki yapının evriminin bilgisayar simülasyonlarından ortaya çıkmıştır. Karanlık madde görünmezdir, ancak evrendeki maddenin yaklaşık yüzde 85’ini oluşturur ve yerçekimi sıradan maddenin, karanlık maddenin dağılımını takip etmesine neden olur.
Burchett’in ekibi, Monte Carlo Physarum Makinesi’ni test etmek için UC Santa Cruz Fizik Profesörü Joel Primack tarafından geliştirilen Bolşoy-Planck kozmolojik simülasyonundan veriler kullandı. Simülasyondan bir karanlık madde haleleri kataloğu çıkarıldıktan sonra, bunları bağlayan filamanların ağını yeniden yapılandırmak için algoritmayı çalıştırdılar. Algoritmanın sonucunu orijinal simülasyonla karşılaştırdıklarında sıkı bir korelasyon buldular. Balçık kalıp modeli esas olarak karanlık madde simülasyonundaki filaman ağını çoğalttı ve araştırmacılar, simülasyonlarını modellerinin parametrelerine ince ayar yapmak için kullanabildiler.
Araştırmacı Elek: “450.000 karanlık madde halesi ile başlayarak, kozmolojik simülasyondaki yoğunluk alanlarına neredeyse mükemmel bir uyum sağlayabiliyoruz.”
Burchett ayrıca; SDSS gökadalarının gözlenen özelliklerini, balçık kalıp modelinin öngördüğü galaksiler arası ortamdaki gaz yoğunlukları ile karşılaştırarak “sanity test /sanity check”* adını verdi. Bir galaksideki yıldız oluşum aktivitesi galaktik ortamının yoğunluğu ile korelasyon göstermelidir ve Burchett bu çalışmada; beklenen korelasyonları elde etti.
Şimdi takım, astronomik gözlemlere karşı test edebilecekleri 37.000 SDSS gökadasını birbirine bağlayan kozmik ağ için öngörülmüş bir yapıya sahipti. Bunun için Hubble Uzay Teleskobu’nun Kozmik Kökenleri Spektrografisinden veri kullandılar. Galaksiler arası gaz; içinden geçen ışık spektrumunda belirgin bir soğurma imzası bırakır ve yüzlerce uzak kuasarın görüş çizgileri, SDSS galaksilerinin kapladığı alanın hacmini deler.
Araştırmacı Burchett: “Kozmik ağın filamanlarının balçık kalıbı sayesinde nerede olması gerektiğini biliyorduk, bu yüzden bu alanı araştıran ve gazın imzalarını arayan kuasarlar için arşivlenmiş Hubble spektrumlarına gidebiliriz. Modelimizde bir filaman gördüğümüz her yerde, Hubble spektrumu bir gaz sinyali gösterdi ve sinyal, gazın daha yoğun olması gereken filamanların ortasına doğru güçlendi. Bununla birlikte, en yoğun bölgelerde sinyal düşmüştür. Bu çok uyumlu beklentiler var. Çünkü bu bölgelerdeki gazın ısıtılması hidrojeni iyonlaştırıyor, elektronları sıyırıyor ve emilim imzasını ortadan kaldırıyor.
İlk defa, kozmik ağ filamanlarının uzak eteklerinden galaksi kümelerinin sıcak, yoğun iç mekanlarına kadar galaksiler arası ortamın yoğunluğunu ölçebiliriz. Bu sonuçlar sadece kozmolojik modellerin öngördüğü kozmik ağın yapısını doğrulamakla kalmıyor, aynı zamanda galaksinin evrimi oluşturan gaz rezervuarlarına bağlayarak galaksi evrimi anlayışımızı geliştirmenin bir yolunu sunuyor.”
*Sanity Test /Sanity Check: bir talebin veya bir hesaplamanın sonucunun muhtemelen doğru olup olmadığını hızla değerlendirmek için temel bir testtir. Üretilen malzemenin rasyonel olup olmadığını görmek basit bir kontroldür.
