Karanlık Enerjide Şaşırtıcı Gelişme: Einstein’ın Teorisi Sorgulanıyor
Araştırma ekibi, laboratuvarın yeni Aurora exascale hesaplama sistemini kullanarak evrenin evriminin yüksek çözünürlüklü simülasyonlarını gerçekleştirdi ve son gözlemsel buluşları analiz etmek ve yorumlamak için bir platform oluşturdu.
Geçtiğimiz yıl, Karanlık Enerji Spektroskopik Aracı (DESI) evren hakkındaki mevcut teorilere meydan okuyabilecek bulgular yayınladı. İlk yıl gözlemlerinden elde edilen veriler, kozmosun hızlanan genişlemesinden sorumlu olduğu düşünülen gizemli bir güç olan karanlık enerjinin daha önce inanıldığı gibi sabit olmayabileceğine işaret ediyordu.
Araştırmacılar halen bu sonuçları doğrulamak için çalışıyor olsa da, kanıtlar karanlık enerjinin zaman içinde değişme olasılığına işaret ediyor. Eğer doğrulanırsa, bu kozmoloji anlayışımızda büyük bir değişime işaret edecektir. DESI işbirliği kısa süre önce Amerikan Fizik Derneği’nin Küresel Fizik Zirvesi’nde güncellenmiş bulguları sundu.
“Eğer DESI sonucu doğrulanırsa, bu kozmolojik sabitin kozmik ivmenin kaynağı olmadığı anlamına gelir. Bu çok daha heyecan verici” diyor DESI üyesi bir kurum olan ABD Enerji Bakanlığı (DOE) Argonne Ulusal Laboratuvarı’nda fizikçi olan Andrew Hearin. “Bu, uzayın negatif yerçekimine sahip dinamik olarak evrilen bir akışkan tarafından kaplandığı anlamına gelir ki bu da Dünya’daki hiçbir masa üstü deneyde gözlemlenmemiştir.”
Simülasyonlardaki küçük bir bölgenin görsel karşılaştırması (sol: standart kozmoloji modeli; sağ: dinamik karanlık enerji modeli). Farklılıklar ince ama yine de alt yapı seviyesinde açıkça görülebiliyor. Kredi: Argonne Liderlik Hesaplama Tesisi Görselleştirme ve Veri Analitiği Ekibi ve HACC İşbirliği
Gözlemlerin araştırılmasına yardımcı olmak için Hearin ve meslektaşları, bir DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesisi olan Argonne Liderlik Hesaplama Tesisi’ndeki (ALCF) Aurora exascale süper bilgisayarına başvurdular. Evrenin büyük ölçekli simülasyonlarını çalıştırarak, araştırmacıların DESI verilerini analiz etmeleri için bir test alanı sağlıyorlar.
Bir kozmolog ve Argonne’un Yüksek Enerji Fiziği bölümünün müdür yardımcısı olan Katrin Heitmann, “Bu sonuç geçen yıl ortaya çıktığında gerçekten çok heyecanlandık” dedi. “Ekibimiz, topluluğun bu konuyu simülasyon açısından incelemesine yardımcı olmak için neler yapabileceğimizi tartışmak üzere bir araya geldi. Simülasyonlar, temel fiziği gözlemlerdeki veya veri analizindeki sistematiklerden ayırmada çok önemli bir rol oynamaktadır.”
DESI: Karanlık enerjiye ışık tutuyor
Arizona’daki Kitt Peak Ulusal Gözlemevi’nde bulunan DESI, DOE’nin Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı tarafından yönetilen 900’den fazla bilim insanının uluslararası bir işbirliğidir. Mayall Teleskobu üzerine monte edilen DESI, spektroskopik araştırmalar için tasarlanmıştır.
Görüntü yakalamak yerine, yapılarını, uzaklıklarını ve hareketlerini belirlemek için uzak galaksilerden ışık spektrumları toplar. DESI, faaliyetinin ilk yılında araştırmacıların evrenin şimdiye kadar yapılmış en detaylı 3 boyutlu haritasını oluşturmalarını ve son 11 milyar yıldaki genişlemesini takip etmelerini sağladı.
DESI’nin ilk verileri büyük ölçüde standart kozmoloji modeliyle (evren hakkındaki mevcut anlayışımız) uyumludur, ancak küçük tutarsızlıklar karanlık enerjinin zaman içinde değişiyor olabileceğini göstermektedir. Bu da kozmik hızlanmaya ilişkin mevcut teoriye, yani kozmolojik sabite meydan okuyacaktır.
İlk olarak Albert Einstein tarafından 1917 yılında genel görelilik denklemlerinde ortaya atılan kozmolojik sabit, yerçekimsel çöküşü engellemek ve durağan bir evren fikrini desteklemek için kullanılmıştı. Ancak yaklaşık on yıl sonra evrenin genişlediğinin keşfedilmesi, bilim insanlarının bu fikri terk etmesine yol açtı.
Bu kavram 1990’larda gözlemlerin evrenin sadece genişlemekle kalmayıp bunu giderek daha hızlı bir şekilde yaptığını göstermesiyle yeniden canlandı. En basit açıklama kozmolojik sabiti geri getirmek olsa da, karanlık enerjinin doğası fizikteki en büyük gizemlerden biri olmaya devam ediyor.
Hearin, “Kozmolojik sabit aslında herkesin yıllardır kullandığı denklemdeki fazladan bir terimdir,” dedi. “Neden böyle bir değer aldığını bilmiyoruz ama bu beklenmedik kozmik hızlanma için çok sıradan bir açıklama.”
Simülasyonlar kozmik keşifler için test yatağı sağlıyor
Kozmolojideki en önemli zorluklardan biri, evrende gözlemlenen örüntülerin gerçek mi yoksa verileri toplama ve analiz etme şeklimizden kaynaklanan çarpıtmalar mı olduğunu belirlemektir. Simülasyonlar, farklı senaryoları test etmek için kontrollü bir ortam sunarak araştırmacıların bu sorunu ele almasına yardımcı oluyor.
Argonne’da doktora sonrası araştırma görevlisi olan Gillian Beltz-Mohrmann, “Deneyler yapmak için mini bir evren yaratamayacağımızdan, Aurora gibi gerçekten büyük bilgisayarları kullanarak evrendeki yapının zaman içindeki büyümesini simüle ederek teorileri test edebiliriz” dedi.
Argonne ekibi DESI sonuçlarını incelemek için Aurora’yı kullanarak biri sabit bir karanlık enerji varsayımı altında, diğeri ise zaman içinde değişen iki büyük ölçekli simülasyon gerçekleştirdi. Her ikisi de aynı başlangıç koşullarıyla başladı ve araştırmacıların evrimleşirken en küçük farklılıkları bile izlemelerini sağladı.
“Buradaki fikir, bir dizi varsayım altında bir model evren yaratmanız ve ardından model evreninizi gerçek evrenle karşılaştırmanızdır. Eğer uyum çok iyiyse, bu size varsayımlarınızın doğru olduğuna dair bir güven verir,” diyor Hearin. “Ancak büyük bir tutarsızlık varsa, o zaman varsayımlarınızın gerçek evrenle uyumlu olmadığını ve gerçeği temsil etmediğini söyler.”
Simülasyonlar DESI’nin bulgularını doğrudan doğrulayamasa da, teori ve gözlem arasında kritik bir geri bildirim döngüsü sağlıyor. Araştırmacılar simülasyonlar içinde farklı ölçümleri test ederek analiz tekniklerini geliştirebilir ve gözlemlenen örüntülerin yeni fizikten ziyade sistematik etkilerden kaynaklanıp kaynaklanmadığını değerlendirebilirler.
Beltz-Mohrmann, “Bu iki simülasyona bakmak bize kozmolojik bir modeli daraltmamıza yardımcı olmak için yapmamız gereken ölçüm türü hakkında bir fikir verirse, gerçek DESI verilerine geri dönebilir ve aynı ölçümü yapabilir ve bize ne söylediğini görebiliriz” dedi.
Aurora ile evreni odak noktasına getiriyoruz
Devasa kozmolojik simülasyonları geniş hacimler üzerinde yüksek çözünürlükte çalıştırmanın ölçeği ve karmaşıklığı uzun çalışma sürelerine yol açabilir, ancak Aurora ekibin bunları hızlı bir şekilde tamamlamasına izin verdi.
Argonne hesaplama bilimcisi Adrian Pope, “Yeterince yüksek çözünürlükte büyük ölçekli simülasyonları hızla çalıştırmak için Aurora’nın muazzam işlem gücünü kullanarak, kozmolojik gözlemlerden elde edilen yeni bilgilere çok daha hızlı yanıt verebiliriz” dedi. “Bu simülasyonlar daha önceki süper bilgisayarlarımızda haftalarca hesaplama süresi alabilirdi, ancak Aurora’da her simülasyon sadece iki gün sürdü.”
Heitmann’ın açıkladığı gibi, yüksek çözünürlük elde etmek bu çalışma için özellikle kritikti: “Aurora son derece önemli çünkü bu ince farklılıkları tespit etmek için simülasyonlarımızda inanılmaz derecede yüksek çözünürlüğe ihtiyacımız var. Bu düzeyde bir çözünürlük olmadan ayrıntılar kaybolabilir. Bunu gözlüğünüzü çıkarıp bulanık bir figürü seçmeye çalışmak gibi düşünün.”
Çalışmalarını daha da hızlandırmak için ekip, simülasyon verilerini üretilirken işlemelerine olanak tanıyan, anında analiz adı verilen bir yöntem kullandı. Bu yaklaşım, simülasyon verilerinin depolanması ve sonradan işlenmesindeki darboğazları ortadan kaldırarak Aurora’nın içgörüleri daha hızlı elde etme ve simülasyonları gerçek zamanlı olarak iyileştirme gücünden yararlandı.
Beltz-Mohrmann, “Bu simülasyon çifti, DESI gibi bir işbirliğinden çıkan bir sonucu alıp, bu sonuçlara dayalı bir simülasyonu hemen çalıştırma ve ardından neye benzediğini görme yeteneğimizi gerçekten gösteriyor” dedi.
DESI’nin bulguları incelenmeye devam ederken, ekibin simülasyonları analiz yöntemlerini geliştirmek ve verileri yorumlamanın yeni yollarını keşfetmek için değerli bir araç sağlıyor. Ekip, ek çalışmalara olanak sağlamak için simülasyon verilerini kamuya açık hale getirdi.
Hearin, “Bu, alanda yeni bir simülasyon kalibresi” dedi. “Esasen, topluma bu iki evreni birbirinden ayırmaya yönelik fikirleri denemek için bir test yatağı sağlıyor. Simülasyonlar, bu rakip karanlık enerji modellerinden hangisinin gerçek olduğunu belirlemek için DESI verilerini nasıl kullanabileceğimiz konusunda fikir verebilir.”
Kaynak: https://scitechdaily.com
Karanlık Enerji Sırrı Çözülüyor: Bilimden Çığır Açan Yeni Teori