Kozmik Manyetik Alanların Sırrı Çözülüyor

Evrenin en büyük gizemlerinden biri olan kozmik manyetik alanların nasıl oluştuğu sorusu, yıllardır gökbilimcilerin ve fizikçilerin zihnini meşgul ediyor. Galaksilerden kara deliklere, nötron yıldızı çarpışmalarından Güneş patlamalarına kadar sayısız olayın merkezinde yer alan bu görünmez kuvvetlerin ortaya çıkış mekanizması hâlâ tam olarak açıklanabilmiş değildi. Şimdi ise ABD’de yürütülen yeni bir araştırma, bu uzun süredir çözülemeyen probleme güçlü bir açıklama getirmiş olabilir.

Wisconsin-Madison Üniversitesi öncülüğünde çalışan araştırmacılar, şimdiye kadar geliştirilen en ayrıntılı plazma simülasyonlarından bazılarını kullanarak türbülans içindeki plazmanın nasıl devasa manyetik alanlara dönüştüğünü inceledi. Nature dergisinde yayımlanan çalışmaya göre, kaotik görünen plazma hareketleri aslında belirli koşullar altında düzenli ve büyük ölçekli manyetik yapılar oluşturabiliyor.

Çalışmanın merkezinde “plazma” yer alıyor. Evrendeki görünür maddenin büyük kısmı plazma formunda bulunuyor. Yıldızlar, yıldızlararası gaz bulutları ve kara deliklerin çevresindeki aşırı sıcak maddeler bu yapıya sahip. Ancak plazma son derece hareketli ve düzensiz bir ortam oluşturduğu için burada oluşan manyetik alanların neden düzenli ve kararlı yapılar sergilediği uzun zamandır büyük bir çelişki olarak görülüyordu.

Araştırmanın başyazarı Bindesh Tripathi’ye göre temel soru oldukça basit ama cevabı son derece karmaşıktı: Yıkıcı ve düzensiz olarak bilinen türbülans, nasıl oluyor da büyük ve düzenli manyetik alanlar yaratabiliyor?

Bilim insanları bu soruya cevap ararken süper bilgisayar destekli devasa simülasyonlar gerçekleştirdi. Üstelik kullanılan hesaplama ölçeği sıradan bir bilgisayar modelinin çok ötesindeydi. Araştırma kapsamında yaklaşık 137 milyar üç boyutlu veri noktası kullanıldı ve toplamda 90 farklı simülasyon üretildi.

Ortaya çıkan veri miktarı 0.25 petabaytı buldu. Bu sayı günlük kullanım açısından anlaşılması zor olabilir ancak kabaca yüz binlerce yüksek çözünürlüklü filmin toplam veri boyutuna yakın bir hacimden söz ediliyor. Hesaplamalar Purdue Üniversitesi’nin “Anvil” adlı süper bilgisayarında gerçekleştirildi ve yaklaşık 100 milyon işlemci saati harcandı.

Kaosun İçindeki Gizli Düzen Ortaya Çıktı

Araştırmacılar simülasyonları başlatırken plazma akışına sürekli devam eden bir hız farkı ekledi. Yani sistemin farklı bölgeleri farklı hızlarda hareket edecek şekilde tasarlandı. Bu hız farkı ilk bakışta küçük bir detay gibi görünse de sonuçların merkezinde tam olarak bu unsur yer aldı.

Evrenin birçok bölgesinde benzer hız farkları doğal biçimde oluşuyor. Örneğin Güneş’in iç katmanlarında, nötron yıldızı birleşmelerinde ya da kara deliklerin çevresindeki yoğun gaz akışlarında farklı katmanlar birbirine göre değişen hızlarda hareket ediyor.

Simülasyonlar sırasında başlangıçta küçük ve düzensiz manyetik yapıların oluştuğu görüldü. Ancak zaman ilerledikçe bu küçük alanlar birleşmeye ve daha büyük ölçekli düzenli yapılara dönüşmeye başladı. Başka bir ifadeyle türbülans tamamen kaos üretmiyordu; belirli koşullarda kendi içinde organize olabiliyordu.

Daha da ilginç olan ise kontrol deneylerinde ortaya çıktı. Araştırmacılar aynı simülasyonları büyük ölçekli hız farkı olmadan tekrar çalıştırdığında düzenli manyetik yapılar hiç oluşmadı. Sistem tamamen düzensiz kaldı.

Bu sonuç, büyük ve kararlı kozmik manyetik alanların oluşabilmesi için sürekli devam eden geniş ölçekli hız gradyanlarının kritik rol oynadığını gösteriyor.

Yaklaşık 70 yıldır manyetik dinamo teorileri üzerine çalışan fizikçiler, şimdiye kadar genellikle küçük ölçekli ve düzensiz manyetik alanlar üreten modeller geliştirebilmişti. Ancak gerçek evrende gözlenen yapılar çok daha büyük ve organizeydi.

Yeni çalışma bu nedenle yalnızca teknik bir ilerleme değil, aynı zamanda uzun yıllardır çözülemeyen teorik bir açmazın aşılması anlamına geliyor.

Üstelik araştırmanın sonuçları yalnızca teorik Fizik açısından önemli değil. Bu bulgular kara delik oluşumlarını, nötron yıldızı çarpışmalarını ve yıldızların manyetik davranışlarını anlamakta da kritik rol oynayabilir.

Özellikle Güneş kaynaklı uzay hava olayları açısından çalışma dikkat çekiyor. Güneş’ten fırlayan dev plazma patlamaları Dünya’daki iletişim sistemlerini, GPS ağlarını ve elektrik altyapılarını etkileyebiliyor. Eğer bilim insanları manyetik alanların nasıl şekillendiğini daha iyi anlayabilirse, bu tür olayların tahmin edilmesi de kolaylaşabilir.

Araştırmacılar ayrıca bulguların “çoklu haberci astronomi” alanına da katkı sağlayabileceğini düşünüyor. Bu alan, evrendeki olayları yalnızca ışıkla değil; yerçekimi dalgaları, nötrinolar ve diğer kozmik sinyallerle birlikte incelemeyi amaçlıyor.

Örneğin iki nötron yıldızının çarpışması sırasında oluşan manyetik alanlar, ortaya çıkan enerji miktarını ve yayılan sinyalleri doğrudan etkiliyor. Yeni model sayesinde bu olayların iç dinamikleri daha doğru biçimde anlaşılabilir.

İlginç bir başka detay ise araştırmanın geçmişte açıklanamayan laboratuvar deneyleriyle de uyum göstermesi oldu. Wisconsin Plazma Fiziği Laboratuvarı’nda 2012 yılında yapılan deneylerde gözlenen bazı manyetik davranışlar, mevcut teorilerle açıklanamıyordu. Yeni model ise bu sonuçlarla büyük ölçüde örtüşüyor.

Bilim insanları için en heyecan verici noktalardan biri de şu: Evrende dev ölçekli düzenin ortaya çıkabilmesi için bazen tamamen kaotik görünen süreçler yeterli olabiliyor. Yani düzensizlik her zaman yok edici değil. Bazen karmaşa, büyük yapıları doğuran temel mekanizmaya dönüşebiliyor.

Bu çalışma, insanlığın evrene bakışında küçük ama önemli bir pencere daha açmış durumda. Çünkü gökyüzünde gördüğümüz yıldızlar, galaksiler ve kara delikler yalnızca maddeden ibaret değil. Onları şekillendiren görünmez manyetik ağlar da evrenin mimarisinde belirleyici rol oynuyor.

Kaynak: sciencedaily.com - Massive supercomputer simulations unlock cosmic magnetic mystery

Gökhan Yalta'nın Yorumu: Bu haberde beni en çok etkileyen şey, evrendeki düzenin bazen tam anlamıyla kaosun içinden çıkıyor olması. İnsan zihni genelde düzeni sakinlikte arıyor. Oysa evrende durum tam tersi olabilir. Kara deliklerin çevresindeki korkunç enerji patlamaları, yıldız çarpışmaları ve dev plazma akışları aslında büyük kozmik yapıları oluşturan mekanizmanın kendisi olabilir. Bu araştırma yalnızca teknik bir fizik çalışması değil; aynı zamanda doğanın çalışma mantığına dair çok önemli bir fikir veriyor. Ayrıca süper bilgisayarların ulaştığı güç seviyesi de inanılmaz. Eskiden teorik olarak konuşulan birçok şey artık sayısal olarak modellenebiliyor. Bu da önümüzdeki 10-20 yılda astrofizikte çok daha büyük sıçramalar görebileceğimiz anlamına geliyor. Belki de kara delik jetlerinin nasıl oluştuğunu, yıldız sistemlerinin neden belirli biçimlerde davrandığını ya da Güneş’in tehlikeli patlamalarını çok daha önceden tahmin etmeyi başaracağız. Bana göre insanlığın evreni çözme süreci artık yalnızca teleskoplarla değil, veri işleme gücüyle de ilerliyor. Geleceğin büyük keşifleri bazen gökyüzüne bakarak değil, dev veri merkezlerinde çalışan işlemciler sayesinde gelecek gibi görünüyor.