Dünyanın sahip olduğu en güçlü süper bilgisayarlardan biriyle, şimdiye kadar yapılmış en büyük astrofiziksel evren simülasyonu, yani ExaSky'ı yarattılar.
Bu inanılmaz videoda, genişleyen evrende geniş bir galaksi kümesinin nasıl yoğunlaştığını görebiliyoruz.
Sol taraf, kümenin milyarlarca yıl öncesinden günümüze gelişimini gösteriyor; kırmızı alanlar, 100 milyon Kelvin'in üzerinde sıcaklıklara ulaşan daha sıcak gazları gösteriyor. Sağ tarafta, yıldız izleyici parçacıklar, galaksilerin zaman içindeki oluşumunu ve hareketini gösteriyor.
Bu simülasyonlar, araştırmacıların evrenin genişlemesini ve evrimini benzeri görülmemiş bir ayrıntıyla modellemesine olanak sağlıyor.
Daha önce evreni bu ölçekte simüle etmek, söz konusu olan muazzam zaman ölçekleri ve hesaplama gücündeki sınırlamalar nedeniyle mümkün değildi.
Simülasyonun büyüklüğü, şimdiye kadar yapılmış en büyük astrofiziksel evren simülasyonu olmasını sağlıyor.
Tüm Dünyanın büyüklüğünü hayal edin. Ekvator çevresi, Dünya'nın en geniş noktası olduğu için en uzun çevreyi oluşturuyor ve Dünya'nın ekvator çevresi yaklaşık olarak 40.000 kilometre.
Diyelim ki dünyanın çevresinde bir yürüyüşe çıkmak istediğinizde, bu ne kadar zamanınızı alırdı? Hadi bir varsayımda bulunalım...
Öncelikle, dünyanın her tarafı karalarla kaplı olmadığı için mesafe olarak Dünya'nın en uzun yürüyüş rotası olduğu düşünülen bu rotayı ele alacağız.
Güney Afrika'dan başlayıp Rusya'nın en kuzeyine kadar uzanan 14.000 mil uzunluğundaki rota yaklaşık 22.000 kilometre eder.
Yani bu rotayı gidip tekrar dönen birisinin, dünyanın çevresinde yürümüş gibi olduğunu varsayabiliriz.
Günde 8 saat yürüdüğümüzü ve ortalama hızımızın saatte 5 kilometre olduğunu varsayarsak, günde 40 kilometre yol alabilirdik.
Bu durumda, 22.000 kilometre yürümek yaklaşık 550 gün (yani yaklaşık 1.5 yıl) sürecekti.
Bu süreye geri dönüşü de eklersek, toplamda 3 yıl sürecek bir yolculuğa çıkmış olurduk.
Şimdi bu kürenin dünyanın tamamı olduğunu varsayalım; okyanuslarıyla, dağlarıyla, ormanları, çölleri, ülkeleri ve şehirleriyle dolu bizim gibi sıradan insanlar için devasa boyutlarda bir gezegen...
Şimdi bu bakış açısıyla baktığımızda, bu dünya, dışarıda bıraktığımız gerçek dünyanın büyüklüğünü bu simülasyondaki alan olarak varsayabiliriz. Tabii bunların hepsi birer varsayım ama nasıl bir büyüklükten bahsettiğimi hayal edebiliyor musunuz?
Yayınlanan video, tam 31 milyar kübik megaparsek bir uzay hacminde bir araya gelen devasa bir galaksi kümesini gösteriyor.
"Parsek" bir mesafe birimi, yani bir tür "uzunluk ölçüsü". Şimdi yürümeyi bir kenara bırakın; dünyadan dışarıya, saniyede yaklaşık 300.000 km olan ışık hızıyla yolculuk yapabiliyor olsaydık bile, tam 3.5 sene boyunca kat ettiğimiz mesafe 1 parsek olurdu...
Dikkat edin, megapersek demedim. 1 parsek... Bu mesafenin megaparsek olabilmesi için 1 milyon parsek olması gerekirdi.
Nasıl? İnsan aklının bu tarz ölçekleri algılayabilmesi gerçekten imkansız. Bırakın algılamayı, hayal bile edemiyoruz.
İşin ilginç tarafı, bu yayınlanan simülasyonun hacmi de aslında hiçbir şey. Bu simülasyonun oluşturulacak olan esas simülasyonun toplam hacminin ne kadarı olduğunu söylüyorlar, biliyor musunuz? Hazır olun...
Yalnızca binde biri, %0,001'i... İnanılmaz, ben zaten 1 parsekte kopmuştum. Buyrun, siz isterseniz büyüklüğü hayal etmeye devam edebilirsiniz...
Bu ölçekte bir modelleme, evrenin milyarlarca yıllık oluşum sürecine ışık tutmayı hedefliyor. Yani bilim insanları oldukça akıl almaz sonuçlar görmeyi bekliyorlar... Ama bu etkileyici çalışmanın sonuçlarını görmek biraz zaman alacak.
Bu simülasyonu özel kılan, sadece evrenin büyük bir kısmının modellenmesi değil, aynı zamanda baryonların (maddeyi oluşturan temel parçacıkların) ve diğer fiziksel süreçlerin de simülasyona dahil edilmesi.
Simülasyonlar, evrenin nasıl evrimleştiğini anlamaya çalışmak için sahip olduğumuz en iyi araçlardan biri. Sayılar ekleyebilir, zamanı hızlandırabilir, geri sarabilir, yakınlaştırabilir, uzaklaştırabiliriz.
Kulağa basit geliyor ama öyle değil. Uzay çok büyük ve olağanüstü bir şekilde karmaşık. Çok fazla karmaşık matematik ve aşırı güçlü bir süper bilgisayar gerekiyor ki...
Zaten bu simülasyonu yaratmak için kullanılan bilgisayar Frontier, dünyanın en güçlü süper bilgisayarlarından biri, Amerika'da ülkenin en büyük, birçok farklı bilim dalında araştırma yapan Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı (ORNL) tarafından işletiliyor.
Bu bilgisayar, her saniye bir kentilyondan, yani bir milyar milyardan fazla hesaplama yapma kapasitesine sahip.
Bu kadar hızlı bir bilgisayarla bile evreni taklit etmek kolay değil ve bilim insanlarının bu ölçekte bir hidrodinamik simülasyonu çalıştırabilmek için kodu geliştirmesi ve güncellemesi on yıldan fazla sürdü.
Bu simülasyon için oluşturulabilmek için Frontier'in 9.000 hesaplama düğümü kullanılmış.
9.000 Hesaplama Düğümü ne anlama geliyor, biliyor musunuz?
Her düğüm bir mini bilgisayar gibi çalışıyor: Her bir düğümde yüksek performanslı işlemciler, bellekler ve veri depolama birimleri var.
9.000 düğüm, aynı anda çalışan 9.000 bağımsız birim anlamına gelir. Bu birimler birlikte çalışarak büyük hesaplama işlerini daha hızlı ve verimli bir şekilde çözüyor.
Her bir düğümün işleme gücü toplandığında, Frontier, inanılmaz derecede yüksek bir hesaplama kapasitesine ulaşıyor (saniyede 1 exaflop üzerinde!).
Bir bilgisayarın exaflop seviyesine ulaşabilmesi, saniyede trilyonlarca matematiksel işlem gerçekleştirebilmesi anlamına gelir.
Bu düğümler, evrenin devasa bir bölümünü simüle etmek için paralel olarak çalıştırılmış, 31 milyar kübik megaparsek gibi inanılmaz büyüklükteki bir alanın fiziksel süreçlerini modellemek için...
Evren, yalnızca yer çekimi ile etkileşime giren karanlık madde ve bildiğimiz atomik maddeden oluşuyor. Eğer evrenin işleyişini anlamak istiyorsak, yer çekiminin yanı sıra yıldızların, kara deliklerin ve galaksilerin oluşum süreçlerini de modellemeliyiz.
Bilim insanları, evrendeki kütle çekim kuvvetlerinin tüm galaksilerin kütlesinden daha güçlü görünmesinin nedenini açıklamak için ilk olarak bu garip maddenin var olabileceğini öne sürdüler.
Ancak karanlık maddeyi hiçbir şekilde gözlemleyemediğimiz için bu tarz simülasyonlar, onun ve evrenin oluşumunu nasıl etkilediğini anlamak için çok önemli.
Tamamen karanlık bir odada bir meşale tutun, yalnızca meşalenin aydınlattığı şeyi görürsünüz. "Bu, etrafınızdaki odanın var olmadığı anlamına gelmiyor."
Benzer şekilde, karanlık maddenin varlığını biliyoruz ama onu doğrudan gözlemlemedik.
Hesaplamalar, büyük miktarda karanlık madde tarafından bir arada tutulmasaydı, birçok galaksinin dönmek yerine parçalanacağını gösteriyor.
Uzaya, milyarlarca ışık yılı ötesine baktığımızda, aynı zamanda zamana da bakıyoruz. Bu şekilde, evrenin nasıl evrimleştiğine dair bir resim oluşturabiliyoruz. Ancak, bir şeylerin kozmik ölçeklerde değişmesi için gereken zaman çok büyük ve bu değişikliklerin gerçek zamanlı olarak gerçekleştiğini göremiyoruz.
Bilim insanları, James Webb Uzay Teleskobu gibi güçlü bir teleskopla uzak galaksilere bakıldığında, evrenin ilk günlerine kadar geriye bakabiliyorlar.
Ancak bu görüntüler, bize evrenin bir zamanlar nasıl göründüğüne dair yalnızca anlık görüntüler sunuyor.
Bugün evrende sayısız yıldız ve galaksinin parıldadığını görüyoruz, ancak gerçekte ne kadar madde var? Soru yeterince basit, ancak cevabı oldukça kafa karıştırıcı...
