Samanyolu gibi galaksiler nasıl ortaya çıkmaktadır? Zaman içinde nasıl büyüyorlar ve değişiyorlar? Gökada oluşumunun arkasındaki bilim, onlarca yıldır bir bilmece olarak kalmıştır. Ancak Arizona Üniversitesi liderliğindeki bir ekip; süper bilgisayar simülasyonları sayesinde cevapları bulmak için bir adım daha yakındır.
Uzayda gerçek galaksileri gözlemlemek ancak zaman içerisinde anlık görüntüler sağlayabilir. Bu nedenle galaksilerin milyarlarca yıl boyunca nasıl geliştiğini incelemek isteyen araştırmacılar; bilgisayar simülasyonlarına geri dönmek zorundadır. Geleneksel olarak; gökbilimciler bu yaklaşımı tek tek yeni galaksi oluşumu teorilerini icat etmek ve test etmek için kullandılar. UA Steward Gözlemevi’nde Yardımcı Doçent Peter Behroozi ve ekibi; her biri galaksilerin nasıl oluşması gerektiğine dair farklı fiziksel teorilere uyan, bir süper bilgisayarda milyonlarca farklı evren yaratarak, bu engelin üstesinden geldi.
Bulgular; karanlık maddenin galaksi oluşumunda oynadığı rolün, galaksilerin zaman içinde nasıl geliştiği ve yıldızları nasıl doğurduğu hakkında temel fikirlere itiraz etmektedir.
Çalışma, gerçeğin 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…
Her bir “Ex-Machina” evreni, gerçek evrenle karşılaştırıldığında; oluşturulan evrende benzer galaksilerin nasıl ortaya çıktığını değerlendirmek için bir dizi teste tabi tutuldu. Bizimkine en çok benzeyen evrenler; aynı galaksinin oluşumunu incelemek için güçlü ve yeni bir yaklaşım gösteren temel fiziksel kurallara sahipti.
Gökadaların neden bol miktarda gaz aldıkları halde, yıldızların dövüldüğü ham madde olsalar bile, yeni yıldızlar oluşturmaktan vazgeçtikleri uzun zamandır devam eden paradoktu. Bu paradoksun çözümüne, yazarların bir yaklaşımı olan “UniverseMachine”nin sonuçları yardımcı oldu.
Gökadaların yıldızları nasıl oluşturduğuna dair yaygın düşünceler; yerçekiminin etkisi altında yoğun gazların çökmesine, yıldızlara yol açan yoğun cepler arasında karmaşık bir etkileşime neden olurken, diğer işlemler yıldız oluşumunu engeller.
Örneğin, birçok galaksinin merkezinde süper kütleli kara delikler barındırdığı düşünülmektedir. Bu kara deliklere düşen madde muazzam enerjileri yayar, gazın yıldızların “fidanlıklarına” 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 yerçekimi kuvvetinin çoğunu sağladığı için, galaksinin çevresinden soğuk gaz çekerek ve onu ısıtırken büyük bir rol oynar.
Behroozi: “Evrende daha erken döneme giderken; karanlık maddenin daha yoğun olmasını ve dolayısıyla gazın daha sıcak olmasını beklerdik. Bu, yıldız oluşumu için kötüdür, bu yüzden erken birçok galaksinin olduğunu düşünmüştük. Ama biz bunun tam tersini bulduk: Belirli bir boyuttaki galaksilerin; beklentilerin aksine daha yüksek bir oranda yıldız oluşturma olasılıkları daha fazlaydı.”
Behroozi; gerçek galaksilerin gözlemleriyle eşleşmek için ekibinin, tam tersinin olduğu sanal evrenler yaratması gerektiğini, galaksilerin yıldızları çok daha uzun süre ötmeye devam ettiği evrenler yaratması gerektiğini söyledi.
Öte yandan, araştırmacılar şu anki galaksi oluşumu teorilerine dayanan evrenler yaratmışlarsa; bu galaksiler, gökyüzünde gördüğümüz galaksilerden çok daha kırmızı görünürdü.
Gökadalar iki nedenden dolayı kırmızı görünür. Birincisi doğada belirgindir ve bir galaksinin yaşı ile ilgisi vardır. Evrenin tarihinde daha önce oluşmuşsa, ışığı daha hızlı uzatarak ışığı kırmızı tayfa kaydırır. Gökbilimciler; bu etkiyi kırmızıya kayma olarak adlandırırlar. Diğer sebep ise içseldir: Eğer bir galaksi; yıldız oluşturmayı bıraktıysa, genellikle daha erken ölen ve daha eski, daha kırmızı yıldızlarla kalan daha az mavi yıldız içerir.
Behroozi: “Ama bunu görmüyoruz. Eğer galaksiler daha önce yıldız oluşturmayı düşündüğümüz gibi davranırlarsa, gerçek evrenimiz tamamen yanlış renklendirilir. Başka bir deyişle, galaksilerin ilk zamanlarda düşündüğümüzden daha verimli bir şekilde yıldız oluşturdukları sonucuna varmak zorunda kalırız.”
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 bireysel nesnelerden büyük bir parçaya yaymak için yeterli bir çözüm sağladı.
Behroozi: “Tek bir galaksinin simülasyonu 10 ila 48’inci bilgisayar işlemlerini gerektiriyor. Yıllarca, dünyadaki bütün bilgisayarlar bir araya gelip bunu yapamadı. Bu yüzden, sadece tek bir galaksiyi simüle etmek için, 12 milyon bile olsa, bunu farklı yapmak zorunda kaldık.”
Ekip; Almanya, Garching’deki NASA Ames Araştırma Merkezi ve Leibniz-Rechenzentrum’da bilgisayar kaynaklarını kullanmanın yanı sıra, 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.
Behroozi: “Son 20 yıldaki astronomik gözlemleri aldık ve bunları ürettiğimiz milyonlarca alay dünyayla karşılaştırdık. Hangisinin eşleştiğini görmek için binlerce bilgi parçasını bir araya getirdik. Yarattığımız evren doğru görünüyor mu? Olmazsa geri dönüp değişiklik yapardık ve tekrar kontrol ederiz.”
Gökadaların nasıl oluştuğunu daha iyi anlamak için Behroozi ve meslektaşları; bireysel galaksilerin morfolojisini ve şekillerinin zaman içinde nasıl geliştiğini içerecek şekilde UniverseMachine’i genişletmeyi planlıyor.
