Rekor kıran iki evren simülasyonu 13,4 trilyon karanlık madde parçacığını izliyor
Kozmologların neredeyse bir paradoks gibi görünen bir sorunu var: teleskopları geliştikçe gördüklerini yorumlamak zorlaşıyor. Evrendeki kütlenin çoğunu oluşturduğu düşünülen görünmez madde olan karanlık madde, kendi ışığını yaymaz. Yapısı yalnızca dolaylı olarak, ışığı nasıl büktüğü ve galaksilerin nerede oluştuğunu nasıl şekillendirdiği aracılığıyla görünür hale gelir. Bu gözlemleri teoriye bağlamak için araştırmacılar devasa sanal evrenler inşa eder ve onların evrimleşmesine izin verir.
ABD Enerji Bakanlığı’na bağlı Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndaki bir ekip tam da bunu eşi görülmemiş bir ölçekte yaptı. Dünyanın ilk ekzaskala süper bilgisayarlarından biri olan Aurora’yı kullanan bilim insanları, Çin merkezli Science and Technology Daily’nin aktardığı bir duyuruya göre, şimdiye kadar çalıştırılmış en büyük iki kozmolojik simülasyonu tamamladı. Her simülasyon, 28,6 milyar ışık yılı genişliğindeki bir bölgede 13,4 trilyon karanlık madde parçacığının evrimini izledi.
Bu sayıyı hayal etmek zor. Karşılaştırma için, önceki amiral gemisi simülasyonlar milyarlar veya birkaç trilyon mertebesinde parçacık izliyordu. Tek bir çalıştırmada 13 trilyonun üzerine çıkmak, sanal evrenin çok daha ince yapıları, aksi takdirde istatistiksel bir bulanıklığa karışabilecek küçük karanlık madde kümelerini çözebileceği anlamına gelir. Bu küçük yapılar önemlidir çünkü galaksilerin nasıl kümelendiği ve karanlık maddenin uzak nesnelerin ışığını nasıl çarpıttığı üzerinde parmak izleri bırakırlar.
Simülasyonlar kilit bir hedefe yöneliyor: çok erken evrenin kısa ve şiddetli bir genişleme patlaması yaşadığı teorisi olan kozmik enflasyon. Bu süreç, küçük kuantum dalgalanmalarını bugünün büyük ölçekli yapısının tohumlarına dönüştürmüş olacaktı. Farklı enflasyon senaryolarına sahip simüle edilmiş evrenleri gerçek gözlemlerle karşılaştırarak gökbilimciler, teorinin hangi versiyonlarının ayakta kaldığını daraltabilir.
Pratik bir getirisi de var. Yeni nesil gökyüzü taramaları milyarlarca galaksiyi haritalıyor ve şekillerindeki ince çarpıklıkları ölçüyor. Bu taramalar muazzam veri kümeleri üretiyor ve bunlardan kozmolojik bilgi çıkarmak eşit derecede muazzam teorik tahminler gerektiriyor. Aurora çalıştırmalarının, araştırmacıların gerçek sinyalleri gürültüden ve modelleme artefaktlarından ayırmasına yardımcı olarak bu analiz için bir referans kütüphanesi işlevi görmesi amaçlanıyor.
Saniyede bir kentilyondan fazla hesaplama yapabilen makineler anlamına gelen ekzaskala bilişim, uzun zamandır aranan bir kilometre taşıydı. Chicago yakınlarındaki Argonne’da bulunan Aurora, bu eşiği aşan ilk sistemler arasında. Kozmoloji, onun vitrin iş yüklerinden biri haline geldi; çünkü karanlık maddenin yalnızca yerçekimi simülasyonları hesaplama açısından zorlu ama modellenmesi nispeten temizdir, bu da onları yeni donanım için ideal bir stres testi yapar.
Küresel okuyucular için bu hikâye, modern astronominin giderek daha fazla bir hesaplama girişimi haline geldiğinin bir hatırlatıcısıdır. Teleskoplar fotonları toplar, ancak süper bilgisayarlar onları anlayışa dönüştürür. Şili, Hawaii ve nihayetinde uzaydaki gözlemevleri giderek daha büyük galaksi katalogları ürettikçe, darboğaz veri toplamaktan onu yorumlamaya kayıyor.
Argonne ekibinin sonuçları hâlâ keşif değil simülasyonlardır ve bilimsel değerleri gerçekliğe ne kadar iyi uyduklarına bağlı olacaktır. Ancak parçacık sayısındaki her ikiye katlanma, sanal evreni gerçeğine biraz daha yaklaştırıyor ve evrendeki en büyük yapılar şimdi Illinois’deki bir makinede, parçacık parçacık yeniden yaratılıyor.