Sonsuz Ark/ Evrensel Çerçeveye Yolculuk
"Aurora destekli simülasyonlar, bilim insanlarının DESI'nin değişen karanlık enerjiye dair cezbedici ipuçlarının evrene dair anlayışımızı yeniden tanımlayıp tanımlayamayacağını çözmelerine yardımcı oluyor."
Is Dark Energy Changing? Mysterious New Data Challenges Einstein’s Cosmological Constant
Karanlık Enerji Spektroskopik Aleti'nden elde edilen son bulgular, kozmolojinin mevcut standart modelinin ötesine uzanan yeni bir fiziğin olasılığını öne sürüyor.
Soyut Astrofizik Karanlık Madde Gizemi. Aurora destekli simülasyonlar, bilim insanlarının DESI'nin değişen karanlık enerjiye dair cezbedici ipuçlarının evrene dair anlayışımızı yeniden tanımlayıp tanımlayamayacağını çözmelerine yardımcı oluyor.
Araştırma ekibi, laboratuvarın yeni Aurora eksaskala hesaplama sistemini kullanarak evrenin evriminin yüksek çözünürlüklü simülasyonlarını gerçekleştirdi ve son gözlemsel atılımları analiz etmek ve yorumlamak için bir platform oluşturdu.
Geçtiğimiz yıl, Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrümanı ( DESI ), evren hakkındaki mevcut teorilere meydan okuyabilecek bulgular yayınladı. Gözlemlerinin ilk yılından elde edilen veriler, kozmosun hızlanan genişlemesinden sorumlu olduğu düşünülen gizemli bir kuvvet olan karanlık enerjinin daha önce düşünüldüğü gibi sabit olmayabileceğini ima etti.
Araştırmacılar bu sonuçları doğrulamak için hâlâ çalışıyor olsalar da, kanıtlar karanlık enerjinin zamanla değiştiği olasılığına işaret ediyor. Doğrulanırsa, bu kozmoloji anlayışımızda büyük bir değişime işaret edecektir. DESI iş birliği yakın zamanda Amerikan Fizik Derneği'nin Küresel Fizik Zirvesi'nde güncellenmiş bulguları sundu.
"DESI sonucu doğruysa, bu kozmik ivmenin kökeninin kozmolojik bir sabit olmadığı anlamına gelir. Çok daha heyecan verici," diyor ABD Enerji Bakanlığı'nın (DOE) DESI üyesi bir kurum olan Argonne Ulusal Laboratuvarı'nda fizikçi olan Andrew Hearin. "Bu, uzayın negatif yer çekimine sahip dinamik olarak gelişen bir sıvı ile kaplı olduğu anlamına gelir ki bu, Dünya'daki hiçbir masaüstü deneyinde gözlemlenmemiştir."
Karanlık Enerjinin İki Modeli Altında Kozmik Yapının Görsel Karşılaştırması
Simülasyonlardaki küçük bir bölgenin görsel karşılaştırması (sol: kozmolojinin standart modeli; sağ: dinamik karanlık enerji modeli). Farklılıklar ince ama yine de alt yapı düzeyinde açıkça görülebilir. Kaynak: Argonne Leadership Computing Facility Görselleştirme ve Veri Analitiği Ekibi ve HACC İşbirliği
Gözlemleri araştırmaya yardımcı olmak için Hearin ve meslektaşları, DOE Bilim Ofisi kullanıcı tesisi olan Argonne Liderlik Hesaplama Tesisi'ndeki (ALCF) Aurora eksaskala süperbilgisayarına yöneldi . Evrenin büyük ölçekli simülasyonlarını çalıştırarak, araştırmacıların DESI verilerini analiz etmeleri için bir test alanı sağlıyorlar.
"Geçen yıl bu sonuç ortaya çıktığında gerçekten çok heyecanlandık," dedi Argonne'un Yüksek Enerji Fiziği bölümünün kozmolog ve müdür yardımcısı Katrin Heitmann. "Ekibimiz, topluluğun bu konuyu simülasyon tarafından incelemesine nasıl yardımcı olabileceğimizi tartışmak için bir araya geldi. Simülasyonlar, gözlemlerde veya veri analizinde temel fiziği sistematikten ayırmada önemli bir rol oynar."
DESI: Karanlık enerjiye ışık tutmak
Arizona'daki Kitt Peak Ulusal Gözlemevi'nde bulunan DESI , DOE'nin Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı liderliğindeki 900'den fazla bilim insanının uluslararası bir işbirliğidir. Mayall Teleskobu'na monte edilen DESI, spektroskopik araştırmalar için tasarlanmıştır.
Görüntü yakalamak yerine, yapılarını, mesafelerini ve hareketlerini belirlemek için uzak galaksilerden ışık spektrumları toplar. DESI, faaliyete geçtiği ilk yılda araştırmacıların evrenin şimdiye kadar yapılmış en ayrıntılı 3B haritasını oluşturmasını ve son 11 milyar yıldaki genişlemesini izlemesini sağladı.
DESI'nin ilk verileri büyük ölçüde kozmolojinin standart modeliyle (evren hakkındaki mevcut anlayışımız) uyumludur, ancak küçük tutarsızlıklar karanlık enerjinin zamanla değişebileceğini düşündürmektedir. Bu, kozmik ivme için mevcut teoriye meydan okuyacaktır: kozmolojik sabit.
İlk olarak Albert Einstein tarafından 1917'de genel görelilik denklemlerinde tanıtılan kozmolojik sabit, kütleçekimsel çöküşe karşı koymak ve durağan bir evren fikrini desteklemek için tasarlanmıştı. Ancak, yaklaşık on yıl sonra evrenin genişlediğinin keşfedilmesi bilim insanlarını bu fikirden vazgeçmeye yöneltti.
Kavram, gözlemlerin evrenin yalnızca genişlemediğini, aynı zamanda giderek daha hızlı bir oranda genişlediğini gösterdiği 1990'larda yeniden canlandırıldı. En basit açıklama kozmolojik sabiti geri getirmek olsa da, karanlık enerjinin doğası fizikteki en büyük gizemlerden biri olmaya devam ediyor.
Hearin, "Kozmolojik sabit, esasen herkesin yıllardır kullandığı denklemdeki fazladan bir terimdir," dedi. "Neden bu belirli değeri aldığını bilmiyoruz, ancak bu beklenmedik kozmik hızlanma için çok sıradan bir açıklama."
Simülasyonlar kozmik keşifler için test ortamı sağlar
Kozmolojideki temel zorluklardan biri, evrende gözlemlenen örüntülerin gerçek mi yoksa verileri nasıl topladığımız ve analiz ettiğimizden kaynaklanan bozulmalar mı olduğunu belirlemektir. Simülasyonlar, araştırmacıların bu sorunu ele almasına yardımcı olur ve farklı senaryoları test etmek için kontrollü bir ortam sunar.
Argonne'da doktora sonrası araştırma görevlisi olan Gillian Beltz-Mohrmann, "Deneyler yapmak için mini bir evren yaratamayacağımız için, Aurora gibi gerçekten büyük bilgisayarlar kullanarak teorileri test edebilir ve evrendeki yapının zaman içinde büyümesini simüle edebiliriz" dedi.
Aurora Exascale Süper Bilgisayarı Yeni Nesil Kozmolojik Simülasyonlara Güç Veriyor
ALCF'nin Aurora exascale süper bilgisayarı, ekibin DESI gözlemlerini araştırmak için büyük ölçekli, yüksek çözünürlüklü kozmolojik simülasyonları hızla gerçekleştirmesini sağladı. Kaynak: Argonne Ulusal Laboratuvarı
DESI sonuçlarını incelemek için Argonne ekibi Aurora'yı kullanarak iki büyük ölçekli simülasyon çalıştırdı; biri sabit bir karanlık enerji varsayarak, diğeri ise zamanla değişerek. Her ikisi de aynı başlangıç koşullarıyla başladı ve araştırmacıların evrimleştikçe en küçük farklılıkları bile takip edebilmelerini sağladı.
"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 miktar güven verir," dedi Hearin. "Ancak, büyük bir tutarsızlık varsa, bu size varsayımlarınızın gerçek evrenle uyuşmadığını ve gerçeği temsil etmediğini söyler."
Simülasyonlar DESI'nin bulgularını doğrudan doğrulayamasa da teori ve gözlem arasında kritik bir geri bildirim döngüsü sağlar. Simülasyonlar içinde farklı ölçümleri test ederek araştırmacılar analiz tekniklerini iyileştirebilir ve gözlemlenen örüntülerin yeni fizikten ziyade sistematik etkilerden ortaya çıkıp çıkmayacağını değerlendirebilirler.
Beltz-Mohrmann, "Bu iki simülasyona bakmak bize kozmolojik bir modele odaklanmamıza yardımcı olacak ölçüm türü hakkında bir fikir veriyorsa, o zaman gerçek DESI verilerine geri dönüp aynı ölçümü yapabilir ve bize ne söylediğine bakabiliriz" dedi.
Aurora ile evreni odak noktasına getiriyoruz
Yüksek çözünürlükte ve çok büyük hacimlerde devasa kozmolojik simülasyonları çalıştırmanın ölçeği ve karmaşıklığı uzun çalışma sürelerine yol açabilir, ancak Aurora ekibin bunları hızla tamamlamasına olanak sağladı.
Argonne hesaplama bilimcisi Adrian Pope, "Aurora'nın muazzam işlem gücünü kullanarak yeterince yüksek çözünürlükte büyük ölçekli simülasyonları hızla çalıştırarak, kozmolojik gözlemlerden gelen yeni içgörülere çok daha hızlı yanıt verebiliyoruz" dedi. "Bu simülasyonlar, daha önceki süper bilgisayarlarımızda haftalarca hesaplama süresi alırdı, ancak her simülasyon Aurora'da sadece iki gün sürdü."
Heitmann'ın açıkladığı gibi, bu çalışma için yüksek çözünürlük elde etmek özellikle kritikti: "Aurora son derece önemlidir çünkü bu ince farkları tespit etmek için simülasyonlarımızda inanılmaz derecede yüksek çözünürlüğe ihtiyacımız var. Bu çözünürlük seviyesi olmadan, detaylar soluklaşabilir. Bunu gözlüklerinizi 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 son işlenmesindeki darboğazları ortadan kaldırarak Aurora'nın içgörüleri daha hızlı çıkarma ve simülasyonları gerçek zamanlı olarak iyileştirme gücünden yararlandı.
Beltz-Mohrmann, "Bu simülasyon çifti, DESI gibi bir işbirliğinden yeni çıkmış bir sonucu alıp, bu sonuçlara dayanarak hemen bir simülasyon çalıştırıp, sonra nasıl göründüğüne bakma yeteneğimizi gerçekten gösteriyor" dedi.
DESI'nin bulguları incelenmeye devam ederken, ekibin simülasyonları analiz yöntemlerini iyileştirmek ve verileri yorumlamanın yeni yollarını keşfetmek için değerli bir araç sağlıyor. Ek çalışmalara olanak sağlamak için ekip simülasyon verilerini kamuya açık hale getirdi.
"Bu, alanda yeni bir simülasyon kalitesi," dedi Hearin. "Esasında, topluluğa bu iki evren arasında ayrım yapmak için fikirleri denemek üzere bir test ortamı sağlıyor. Simülasyonlar, DESI verilerini karanlık enerjinin bu rekabetçi modellerinden hangisinin gerçek olduğunu belirlemek için nasıl kullanabileceğimize dair içgörüler sunabilir."
ESI, DOE Bilim Ofisi tarafından desteklenmektedir. Heitmann, Hearin, Beltz-Mohrmann, Pope, Alex Alarcon, Michael Buehlmann, Nicholas Frontiere, Sara Ortega-Martinez, Alan Pearl, Esteban Rangel, Thomas Uram ve Enia Xhakaj'ın da aralarında bulunduğu Argonne ekibi, simülasyonları ALCF'nin Aurora Erken Bilim Programı ve DOE'nin Exascale Hesaplama Projesi'nin desteğiyle gerçekleştirdi. Çalışmaları ayrıca DOE'nin Gelişmiş Hesaplama ile Bilimsel Keşif (SciDAC-5) programı ve NASA'nın OpenUniverse projesi tarafından kısmen desteklendi.
DOE/Argonne Ulusal Laboratuvarı, 8 Mayıs 2025, SciTechDaily
Mustafa Tamer, 25.06.2025, Sonsuz Ark, Çeviri, Bilim ve Teknoloji, Aklın Merdivenleri
Referans: Gillian D. Beltz-Mohrmann, Adrian Pope, Alex Alarcon, Michael Buehlmann, Nicholas Frontiere, Andrew P. Hearin, Katrin Heitmann, Sara Ortega-Martinez, Alan Pearl, Esteban Rangel, Thomas Uram ve Enia Xhakaj tarafından yazılan “Illuminating the Physics of Dark Energy with the Discovery Simulations”, 7 Mart 2025, arXiv. DOI: 10.48550/arXiv.2503.05947
- Sonsuz Ark'ta yayınlanan yazılardan yazarları sorumludur.
- Sonsuz Ark linki verilerek kısmen alıntı yapılabilir.
- Sonsuz Ark yayınları Sonsuz Ark manifestosuna aykırı yayın yapan sitelerde yayınlanamaz.
- Sonsuz Ark Yayınlarının Kullanımına İlişkin Önemli Duyuru için lütfen tıklayınız