MEGATRON simülasyonları ilk galaksilerle bugünkü evreni birbirine bağlıyor

Gökbilimciler ve kozmologlar için Kozmik Karanlık Çağlar, ilk yıldız ve galaksilerin nasıl oluşup evrildiğinin yanıtını barındıran son sınır. Yaygın kabul gören kuramlara göre ilk yıldız kuşağı Büyük Patlama'dan yaklaşık 100 ila 400 milyon yıl sonra doğdu. Hubble ve James Webb Uzay Teleskobu'nun güçlü optiklerine rağmen, erken evrene ve bebek galaksilerine bakarken bu eski yıldızları tek tek ayırt etmek hâlâ mümkün değil.

Uluslararası bir araştırma ekibi bunun yerine MEGATRON projesiyle ikinci en iyi yolu seçti. İleri düzey bir kozmolojik simülasyon paketini; ışınım, kimya ve galaksi oluşumu modelleriyle birleştiren ekip, erken evrenin bugüne dek yapılmış en ayrıntılı simülasyonlarını üretti. Sonuçlar, erken evren gözlemleriyle Samanyolu'ndaki en yaşlı yıldızların kimyasal parmak izi arasındaki bağı gösteriyor. Çalışmaya Bath Üniversitesi, Kavli Kozmolojik Fizik Enstitüsü, Paris Astrofizik Enstitüsü, Lund Gözlemevi, Cambridge Kavli Kozmoloji Enstitüsü, Cavendish Laboratuvarı, KIPAC ve Lozan Federal Politeknik Okulu'nun (EPFL) da aralarında bulunduğu kurumlardan araştırmacılar katıldı. Bulgular Open Journal of Astrophysics'te yayımlanan dört makalede sunuldu.

MEGATRON projesi 2023'te başladı ve 2030'a kadar sürecek. Ekip bu paketle yıldızların milyarlarca yıl boyunca yıldızlararası ve galaksiler arası ortamdaki gazı nasıl biçimlendirdiğini inceledi. Gazın hareketini, yıldız ışığının yayılımını ve kimyasal içeriğin evrimini izleyen gelişmiş bilgisayar modelleri kullandı. Bu sayede, sonunda Samanyolu'na benzer bir kütleye ulaşan genç bir galaksinin evrimi baştan sona takip edilebildi.

Simülasyonlar, Büyük Patlama'dan kısa süre sonraki koşullarla, yani evrenin ağır element içermeyen ilkel gazla dolu olduğu dönemle başladı. Ardından ilk yıldızların (Pop III) doğuşu, yaydıkları yoğun ışınım ve yeni oluşan ağır elementleri çevreye saçan süpernovaları modele eklendi. Son olarak bu yeni elementlerin sonraki yıldız ve galaksi kuşaklarına nasıl katıldığı izlendi.

Bath Üniversitesi Fizik Bölümü'nden ve MEGATRON ortaklığının önde gelen katkıcılarından Dr. Martin Rey, projeyi astronominin en heyecan verici iki yeni veri setini yorumlamak için ortak bir fiziksel çerçeve olarak tanımlıyor: Webb'in en erken galaksilere bakışı ve yıldızların taşıdığı "fosil kayıt". Rey'e göre birbirini tamamlayan bu gözlemler, ilk yıldızlara ilişkin rakip modelleri daha önce mümkün olmayan biçimlerde sınamaya imkân veriyor. Webb'in bebek evrene doğrudan bir bakış sunduğunu, yıldız arkeolojisinin ise bu en erken dönemin kalıntılarını kendi Galaksi komşuluğumuzda incelemeyi sağladığını, MEGATRON'un da ikisi arasında fiziksel bir köprü kurduğunu söylüyor.

Sonuçlar, yıldız ışığı, gaz ve yeni üretilen elementler arasındaki etkileşimi doğru yakalamanın, Webb'in genç galaksi gözlemlerini eski yıldızlarda korunan kimyasal bileşimle ilişkilendirmek için şart olduğunu gösteriyor. Bu süreci anlamak, evreni oluşturan elementlerin nereden geldiği sorusunun merkezinde yer alıyor. Çalışma ayrıca, galaksi evrimine dair önceki daha basit modellerin, galaksiler arası ortamdaki gazın yıldız ışınımından ve karmaşık kimyasal süreçlerden etkilenme düzeyini hafife aldığını düşündürüyor. Ulaşılan olağanüstü çözünürlük sayesinde basit modellerin çözemediği gaz yapıları ayırt edilebildi.

Rey, dünyamızı ve yaşamı mümkün kılan karbon, oksijen, demir gibi elementlerin yıldızlarda üretildiğini hatırlatıyor. Bu elementlerin kökenini anlamak için ilk yıldızların nasıl oluştuğunu ve çevrelerini nasıl zenginleştirdiğini bilmek gerektiğini, MEGATRON'un bu fikirleri ayrıntılı simülasyonları Webb gözlemleri ve eski yıldızların kimyasal parmak izleriyle karşılaştırarak doğrudan sınamaya olanak tanıdığını belirtiyor.

Bath'taki ekip şimdiden yeni nesil simülasyonlar üzerinde çalışıyor. Hedef, kuram ile Webb'in süren erken evren gözlemleri arasındaki bağı güçlendirmek. Proje yakın zamanda Birleşik Krallık'ın ulusal süper bilgisayarlarında 40 milyon işlemci saati kazandı; bu da daha eksiksiz fiziksel modellerle daha yüksek çözünürlüklü simülasyonları mümkün kılacak.

Kaynak: Universe Today