Ay, Dünya'dan Fırlatılan Bir Parça mı?

Yeni bir çalışma, Ay'ın, Dünya'nın bir parçasını kopararak uzaya fırlatan yıkıcı bir çarpışmanın hemen ardından oluşabileceğini gösterdi. 1970'lerin ortalarından bu yana astronomlar, Ay'ın, Mars büyüklüğünde eski bir protoplanet olan Theia ile Dünya arasındaki bir çarpışmadan kaynaklanmış olabileceğine inanıyordu. Böylesine büyük bir çarpışma, Ay'ın yavaşça binlerce yıl boyunca oluştuğu devasa bir enkaz alanı yaratmış olmalıydı. Ancak daha önce hiç olmadığı kadar doğrulukla gerçekleştirilen yüksek hassasiyetli bilgisayar simülasyonlarına dayanan yeni bir hipotez, Ay'ın oluşumunun aslında yavaş ve kademeli bir süreç olmadığını, sadece birkaç saat içinde gerçekleştiğini öne sürüyor. Bilim insanları 4 Ekim'de bulgularını The Astrophysical Journal Letters dergisinde yayınladı. İngiltere'deki Durham Üniversitesi'nde çalışan bir hesaplamalı kozmolog olan Jacob Kegerreis, "Bu şiddetli ve karmaşık etkilerin güvenilir bir şekilde simülasyonları için ne kadar hassasiyete ihtiyaç duyduğunuzu öngörmenin inanılmaz derecede zor olduğunu öğrendik – yanıt aldığınız sonucu daha fazla artırmanın bir fark yaratmayı durdurduğunu bulana kadar test etmeye devam etmeliyseniz," diye belirtti.

Ay Örneklerinden ve Bileşimden Gelen Kanıtlar

Bilim insanları Temmuz 1969'da Apollo 11 misyonunun dönüşünden sonra Ay'ın kökenine dair ilk kanıtı elde etti. NASA astronotları Neil Armstrong ve Buzz Aldrin, 21,6 kilogram (47,6 pound) ay kayası ve tozunu Dünya'ya geri getirdi. Örnekler yaklaşık 4,5 milyar yıl öncesine dayanıyor ve Ay'ın kökenini güneş sisteminin doğumundan yaklaşık 150 milyon yıl sonra patlayan bir döneme yerleştiriyor. Diğer kanıtlar, en büyük doğal uydumuzun Dünya ve Ay tanrıçası Selene'nin annesi olan Yunan mitolojik devi Theia adını taşıyan varsayımsal bir gezegen arasında şiddetli bir çarpışmadan kaynaklandığını suğest etmektedir. Bu kanıtlar, ay ve dünya kayaları arasındaki bileşim benzerlikleri; Dünya'nın dönüşü ve Ay'ın yörüngesinin benzer yönlerde olması; iki gövde tarafından paylaşılan yüksek açısal momentum ve güneş sistemimizdeki başka yerlerdeki enkaz disklerinin varlığı gibi unsurları içerir.

Teorileri Test Etmek İçin Simülasyonların Kullanılması

Bununla birlikte, kozmik çarpışmanın tam olarak nasıl gerçekleştiği hâlâ tartışılmaktadır. Geleneksel hipotez, Theia'nın Dünya'ya çarptığında, bu gezegensel çarpışmanın Theia'yı milyonlarca parçaya ayırdığı, onu yüzen bir enkaz haline getirdiğini belirtir. Theia'nın parçalanmış kalıntıları, genç gezegenimizin mantosundan koparılan bazı buharlaşmış kayalar ve gazlarla birlikte, Ay'ın erimiş küresinin birleştiği ve milyonlarca yıl boyunca soğuduğu diski oluşturmak üzere yavaşça birleşti. Ancak resmin bazı yönleri belirsizliğini koruyor. En belirgin sorulardan biri: Ay, çoğunlukla Theia'dan oluşuyorsa, neden birçok kayası Dünya'da bulunanlara ilginç benzerlikler göstermektedir? Bazı bilim insanları, buharlaşmış Dünya kayalarının Theia'nın ezilmiş kalıntılarından daha fazla Ay'ın oluşumuna katkıda bulunduğunu öne sürmüştür, ancak bu fikir kendi sorunlarını doğurmaktadır; örneğin, başka modeller, çoğunlukla Dünya kayalarından yapılan bir Ay'ın sahibi olduğumuzdan çok farklı bir yörüngeye sahip olurdu. Ay'ın çarpışma sonrası oluşumunun farklı olası senaryolarını incelemek için yeni çalışmanın yazarları, büyük miktarda madde üzerinde etki eden karmaşık ve sürekli değişen yer çekimsel ve hidrodinamik kuvvetlerin kesin simülasyonları için tasarlanmış SPH With Inter-dependent Fine-grained Tasking (SWIFT) adlı bir bilgisayar programına yöneldi. Bu işlemi doğru bir şekilde gerçekleştirmek, basit bir hesaplamalı görev değildir, bu nedenle bilim insanları programı çalıştırmak için bir süper bilgisayar kullandı: Durham Üniversitesi'ndeki Gelişmiş Bilgi İşlem için Dağıtılmış Araştırmalar (DiRAC) tesisinde 'Kozmoloji Makinesi' kelimelerinin kısaltması olan bir sistem, COSMA. Farklı açılar, hızlar ve dönüşlerde yüzlerce Dünya-Theia çarpışmasını simüle ederek, Ay araştırmacıları, astronomik çöküşün sonuçlarını her zamankinden daha büyük bir doğrulukla modelleyebildiler. Bu simülasyonların doğruluğu, kullandıkları parçacık sayısı tarafından belirlenir. Kegerreis'e göre, dev çarpışmalar için standart simülasyon çözünürlüğü tipik olarak 100,000 ile bir milyon parçacık arasında değişmektedir, ancak yeni çalışmada, o ve meslektaşları 100 milyon parçacığa kadar model yapmayı başardılar.

Ay ve Dünya için İmplikasyonları

Kegerreis, "Daha yüksek çözünürlük kullanarak, daha fazla detay inceleyebiliriz - tıpkı daha büyük bir teleskopun uzak gezegenlerin veya galaksilerin yüksek çözünürlüklü görüntülerini yakalamamıza olanak tanıyarak yeni detayları keşfetmemizi sağladığı gibi." dedi. Ekledi, "İkincisi ve belki de daha önemlisi, simülasyonlarda çok düşük çözünürlük kullanmak sizi yanlış yönlendirebilir veya hatta yanlış cevabı almanıza neden olabilir. Araba modelinin nasıl parçalanacağını simüle etmek için küçük bloklardan inşa ettiğinizi hayal edebilirsiniz, sadece birkaç düzine blok kullanarak, modelin tamamen ikiye ayrıldığını görebilirsiniz. Ancak birkaç bin veya milyon blokla, daha gerçekçi bir şekilde parçalanmaya ve dağılmaya başladığını görebilirsiniz." Yüksek çözünürlüklü simülasyonlar, araştırmacıların Ay'ı, Dünya parçalarından ve ezilmiş Theia parçalarından saatler içinde oluşan bir şekilde üretmesini sağladı, tek aşamalı bir oluşum teorisi sunarak Ay'ın geniş eğik yörüngesi gibi gözle görülebilir özellikler, kısmen erimiş iç kısmı ve ince kabuğu için net ve zarif bir açıklama sundu. Ancak, araştırmacıların Ay yüzeyinin derinliklerinden çıkarılan kaya ve toz örneklerini incelemesi gerekecek - NASA'nın Artemis misyonlarının gelecekteki hedefi - mantosunun ne kadar karışık olduğunu teyit edebilmeleri için. Kegerreis, "Ay yüzeyinden daha fazla örnek almak, Ay'ın bileşimi ve evrimi hakkında yeni ve daha güvenilir keşiflerde bulunmada inanılmaz derecede yararlı olabilir ve bu keşifleri kendi gibi modele dayalı simülasyonlara geri izleyebiliriz," dedi. Ekledi, "Bu tür görevler ve çalışmalar, Ay ve Dünya'nın gerçek geçmişini keşfetmede daha fazla olasılığı dışlamamıza ve sınırlamamıza yardımcı olmaya devam ediyor, gezegenlerin güneş sistemimiz ve ötesinde nasıl oluştuğunu daha iyi öğreniyoruz. Bu tür araştırmalar, Dünya'nın nasıl oluştuğu ve yaşanabilir bir gezegene dönüştüğüne dair de ışık tutabilir."