Almanya ve Amerika Birleşik Devletleri’nden bilim insanları; galaksilerin evrimine dair son teknoloji ürünü bir simülasyonun sonuçlarını açıkladılar. TNG50, şimdiye kadarki en detaylı büyük ölçekli kozmolojik simülasyondur. Araştırmacıların, galaksilerin nasıl oluştuğunu ve Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra nasıl geliştiğini ayrıntılı olarak incelemelerini sağlar. İlk defa; kozmik gazın geometrisinin galaksilerin etrafından aktığını, galaksilerin yapılarını belirlediğini ve bunun tersi olduğunu ortaya koyuyor. Araştırmacılar, sonuçlarını Royal Astronomical Society’in Monthly Notices dergisindeki iki makalesinde yayınladılar.
Kozmolojik simülasyonları çalıştıran gökbilimciler; temel bir takasla yüz yüze kalıyorlar: Sınırlı bilgi işlem gücü ile şimdiye kadar tipik simülasyonlar ya çok ayrıntılıydı ya da büyük bir sanal alan hacmine sahipti, ancak şimdiye kadar her ikisini de yapamadı. Sınırlı hacimli detaylı simülasyonlar birkaç galaksiden daha fazlasını modelleyemez ve bu da istatistiksel kesintileri zorlaştırabilir. Büyük hacimli simülasyonlar, sırayla, tipik olarak kendi evrenimizde gözlemlediğimiz küçük ölçekli özelliklerin çoğunun çoğaltılması için gerekli detaylardan yoksundur ve bu da onların tahmin edici gücünü azaltır.
Daha önce yayınlanmış olan TNG50 simülasyonu bu takastan kaçınmayı başarır. İlk defa, daha önce yalnızca bireysel galaksilerin çalışmaları için mümkün olan ayrıntı düzeyinde, “yakınlaştırma” simülasyonlarının hesaplamalı çözünürlüğü ile büyük ölçekli bir kozmolojik simülasyon fikrini (bir kutudaki bir Evren gibi) birleştiriyor.
TNG50, 230 milyon ışıkyılı ışıktan daha uzun süreli simüle edilmiş bir uzay küpünde, bir milyon kat daha küçük ölçeklerde meydana gelen fiziksel olayları ayırt ederek 13.8 milyar yıllık kozmik tarihin üzerinde binlerce galaksinin eşzamanlı gelişimini izleyebilir. Bunu, karanlık (görünmez) maddeyi, yıldızları, kozmik gazı, manyetik alanları ve süper kütleli kara delikleri temsil eden 20 milyardan fazla parçacıkla yapar. Hesaplamanın kendisi; Stuttgart’taki Hazel Hen süper bilgisayarında bir yıldan uzun süre 7/24 birlikte çalışan 16.000 çekirdeğe ihtiyaç duyuyordu. (Tek bir işlemcideki onbeş bin yılın eşdeğeri olması, bugüne kadarki en zorlu astrofiziksel hesaplamalardan biridir.)
TNG50’nin ilk bilimsel sonuçları, Dr. Annalisa Pillepich (Max Planck Astronomi Enstitüsü, Heidelberg) ve Dr. Dylan Nelson (Max Planck Astrofizik Enstitüsü, Garching) başkanlığındaki bir ekip tarafından yayınlandı ve öngörülmeyen fiziksel olayları ortaya koydu.
Dr. Nelson: “Simülasyonumuzda, simülasyon koduna açıkça programlanmamış fenomenleri görüyoruz. Bu olgular, doğal bir şekilde ortaya çıkmaktadır. Model evrenimizin temel fiziksel bileşenlerinin karmaşık bir etkileşimi…”
TNG50, bu tür acil davranışlar için iki önemli örneğe sahiptir. Birincisi, Samanyolu gibi “disk” galaksilerin oluşumu ile ilgilidir. Simülasyonu, kozmik yapının evrimini geri sarmak için bir zaman makinesi olarak kullanan araştırmacılar; hızla dönen disk galaksilerinin (yakındaki Evrenimizde yaygın olan), kaotik, düzensiz ve yüksek türbülanslı gaz bulutlarından nasıl ortaya çıktığını gördüler.
Gaz yerleştikçe; yeni doğan yıldızlar genellikle daha fazla dairesel yörüngede bulunur ve sonuçta büyük sarmal gökadalar (galaktik karuseller) oluşturur.
Araştırmacı Annalisa Pillepich: “Uygulamada TNG50, ince diskli kendi Samanyolu galaksimizin galaksi modasının zirvesinde olduğunu gösteriyor: Son 10 milyar yıldır, en azından hala yeni yıldızlar oluşturan galaksiler gittikçe daha fazla hale geldi, yani disk gibi ve kaotik iç hareketleri önemli ölçüde azaldı. Evren, sadece birkaç milyar yıllıkken çok daha karışıktı! ”
Bu galaksiler düzleştikçe, araştırmacılar; yüksek hızlı çıkışları ve galaksilerden akan gaz rüzgarlarını içeren yeni bir fenomen buldular. Bu, masif yıldızların (süpernovalar) patlamaları ve galaksilerin kalbinde bulunan süper kütleli kara deliklerden gelen faaliyetlerin bir sonucu olarak başlatıldı. Galaktik gaz çıkışları başlangıçta aynı zamanda kaotiktir ve her yöne doğru akar, ancak zamanla en az dirençli bir yol boyunca daha odaklanmaya başlarlar.
Geç evrendeki galaksilerden çıkan akışlar; ters yönde ortaya çıkan iki külah şeklini alır; uçtan uca yerleştirilmiş iki dondurma külahı gibi, gökada merkezde döner. Bu malzeme akışları; galaksinin görünmez ya da karanlık madde halinin kütleçekimsel kuyusunu bırakmaya çalıştıkları için yavaşlar ve sonunda geri dönüşümlü bir galaktik çeşme oluşturarak, durup düşebilir. Bu işlem gazı bir galaksinin merkezinden dış eteklerine yeniden dağıtır, galaksinin kendisini ince bir diske dönüştürmesini daha da hızlandırır: Galaktik yapı galaktik çeşmeleri şekillendirir ve bunun tersi de geçerlidir.
Araştırmacılar; TNG50’yi sonunda tüm simülasyon verilerini büyük ölçüde astronomi topluluğuna gönderecek. Bu, tüm dünyadaki astronomların TNG50 evreninde kendi keşiflerini yapmalarını ve muhtemelen kaostan sırayla ortaya çıkan kozmik olayların ek örneklerini bulmalarını sağlayacaktır.
