Christopher Hirata: Kozmosun Hassas Enstrümanları

1996 yılında, on üç yaşındaki bir çocuk Uluslararası Fizik Olimpiyatları'na (International Physics Olympiad) katıldı. Bu etkinlik, çoğu on yedi veya on sekiz yaşındaki gezegenin en güçlü üniversite öncesi fizikçilerini belirlemek için tasarlanmıştı ve çocuk altın madalya kazandı. Christopher Hirata daha sonra çok daha zor olan, dâhilerin genellikle başaramadığı şeyi yaptı: Bir zamanlar ne kadar genç olduğundan bahsedilmeksizin, kozmolojiye katkıları kendi değerleriyle alıntılanan çalışan bir bilim insanı haline geldi.

On Üç Yaş

Hirata, 30 Kasım 1982 tarihinde doğmuştur ve Japon asıllı Amerikalıdır. Fizikte çocuk dahi olarak erkenden tanındı ve 1996 Olimpiyat altın madalyası bunun kesin kanıtıdır. Yarışma bir bilgi yarışması değildir; mekanik, elektromanyetizma, termodinamik ve kuantum teorisine hakimiyet gerektiren saatler süren teorik problemler ve deneysel görevler içerir. On üç yaşında bir çocuğun yarışması bile sıra dışıdır. On üç yaşında bir çocuğun altın alması ise farklı türden bir veri noktasıdır.

On Sekizde Caltech, Yirmi Üçte Princeton

2001 yılında, on sekiz yaşında, 4.2 not ortalaması ile Caltech'ten (California Institute of Technology) fizik lisans derecesini aldı.

Daha sonra astrofizik alanında doktora yapmak için Princeton'a gitti ve 2005 yılında Uroš Seljak danışmanlığında, Zayıf Kütleçekimsel Merceklenme Teorisi ve Veri Analizi başlıklı teziyle eğitimini tamamladı. Yirmi üç yaşındaydı. Bu konu, çalışmalarının sonraki yirmi yılını belirleyecekti.

Zayıf merceklenme (Weak lensing), gözlemsel bilimdeki en hassas ölçümlerden biridir. Kütle ışığı büker, bu yüzden uzak galaksilerin görüntüleri, ışığın buraya ulaşana kadar geçtiği her şey tarafından (başka hiçbir şekilde kendini belli etmeyen karanlık madde dahil) hafifçe bozulur. Bozulmalar çok küçüktür; atmosferik bulanıklık, teleskop kusurları ve galaksilerin zaten dairesel olmadığı gerçeğinin altında gömülüdür. Kozmolojik sinyali çıkarmak, fotoğraf çekmekten ziyade bir lekenin üzerinden parmak izini yeniden oluşturmaya benzer ve Hirata'nın ün kazandığı o melez yeteneği gerektirir: teori, istatistik ve tek bir kafada enstrüman düzeyinde veri analizi.

Hassas Kozmoloji Ne Anlama Gelir

Hirata, hassas kozmolojinin önde gelen temsilcisi olarak tanımlanmıştır ve bu ifade kelimenin tam anlamıyla alınmaya değerdir. Tarihinin büyük bir kısmında kozmoloji, mertebe bazlı argümanların bilimiydi. Son otuz yılda ise, evrenin bileşimi ve genişleme tarihinin birkaç yüzdelik dilime kadar sabitlendiği ondalık sayıların bilimi haline geldi ve ilginç sorular tutarsızlıkların içinde yaşıyor.

Araştırmaları, bu projenin mekanizmasını kapsıyor: kozmik mikrodalga arka plan ışınımı (cosmic microwave background), karanlık enerji ve evrenin hızlanması, galaksi kümeleri, büyük ölçekli yapının büyümesi, ilk yıldızların erken evrenin nötr sisini aydınlattığı yeniden iyonlaşma çağı ve genel olarak kütleçekimsel merceklenme uygulamaları. Tekrarlayan bir tema, kozmik hızlanmanın gerçekten karanlık enerji bileşenini mi gösterdiği yoksa genel görelilik teorisinin en büyük ölçeklerde modifikasyona mı ihtiyaç duyduğu (bu alandaki en derin açık soru ve ancak ikisi arasındaki farkı ayırt edebilecek kadar hassas ölçümlerle cevaplanabilecek bir soru) sorusudur.

Kimsenin Fark Etmediği Etki

2010 yılında Dmitriy Tseliakhovich ile çalışan Hirata, daha önce bilinmeyen bir kozmolojik perturbasyon etkisi tanımladı: yeniden birleşme (recombination) çağı civarında barionik maddenin hızındaki bir değişim, ki bu da erken yapı oluşumunu etkiledi.

Öneminin açıklamasından net bir şekilde anlaşılması zor olduğu için açıkça belirtmekte fayda var. Evrenin protonların ve elektronların nötr atomlar oluşturabileceği kadar soğuduğu yeniden birleşme dönemi, kozmolojide en yoğun modellenen andır; mikrodalga arka planını üreten ve erken evren hakkındaki hemen hemen her hesaplamanın temelini oluşturan olaydır. Alanın en iyi insanlarından birçoğu tarafından on yıllardır analiz edilmiştir. Hirata ve Tseliakhovich, içinde herkesin gözden kaçırdığı gerçek bir etki buldu ve bu, ilk yapıların nasıl büyüdüğü için önemliydi. Çok iyi taranmış bir bölgede yeni bir şey bulmak özel bir başarıdır: bu, başkalarının yapmayı bıraktıklarını fark etmedikleri bir varsayımı görmektir.

Pozisyonlar ve Roman Teleskobu

2005'ten 2007'ye kadar İleri Araştırmalar Enstitüsü'nde (Institute for Advanced Study) misafir araştırmacıydı, 2006'da yardımcı doçent olarak Caltech'e katıldı ve 2012'de profesörlüğe yükseldi, 2013'te ise hala bulunduğu Ohio State Üniversitesi'nin Kozmoloji ve AstroParçacık Fiziği Merkezi'ne (CCAPP) geçti. NASA'nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu'nun (Nancy Grace Roman Space Telescope) bilim ekibinde görev yapmaktadır; bu, uzmanı olduğu tarama kozmolojisi için özel olarak tasarlanmış geniş alanlı bir gözlemevidir.

Onurlar çalışmasını takip eder. 2012 yılında Başkanlık Erken Kariyer Bilim İnsanları ve Mühendisler Ödülü'nü aldı, 2013 yılında Simons Vakfı Araştırmacısı seçildi, 2014 yılında Helen B. Warner Ödülü'nü kazandı ve 2018 yılında, "evrendeki ilk galaksilerin oluşumunu anlamaya yönelik temel katkılar ve hassas kozmolojinin en güçlü araçlarını keskinleştirip uygulamak için" Temel Fizik alanındaki Breakthrough Ödülü'nün bir parçası olan Fizikte Yeni Ufuklar Ödülü'nü aldı.

Christopher Neden Dahi Olarak Adlandırılıyor

Hirata, zekâ temelinde bu kelimenin uygulandığı ve ardından kariyer testinde hayatta kalan küçük insan kategorisine aittir. Dâhilik kimlik bilgileri kesindir: on üç yaşında Olimpiyat altını, on sekiz yaşında 4.2 not ortalamasıyla Caltech fizik derecesi, yirmi üç yaşında Princeton doktorası. Bu tür bir erken olgunluk gerçektir ancak bir öngörücü olarak güvenilmez olacak kadar yaygındır; çoğu olağanüstü genç sıradan yetişkinler olur ve ilginç soru her zaman bundan sonra ne olduğudur.

Bundan sonra olan şey gerçek durumdur. İlgili özel bilişsel kalite olağanüstü kapsamdır: Hirata aynı anda teorisyen, istatistikçi ve veri analisti olarak işlev görür, bunların genellikle üç farklı kişi olduğu bir alanda. Hassas kozmolojinin darboğazı fikirler değil, tüm zinciri (fiziksel model, enstrüman sistematiği, istatistiksel tahminci, tarama tasarımı) aynı anda zihinde tutabilme ve sızıntının nerede olduğunu bulabilme yeteneğidir. 2010'daki Tseliakhovich sonucu, eylem halindeki profesördür: disiplinin en çok çalışılan dönemi içinde konumlandırılmış gerçekten yeni bir etki.

Dürüst karşı tez: ödül alıntıları onu bir alan kurmaktan ziyade araçları keskinleştiren ve uygulayan biri olarak tanımlar ve bu doğrudur. Borcherds veya Penrose'un yaptığı gibi bir paradigmayı altüst etmemiş veya ismiyle anılan bir sonuç üretmemiştir. Çalışmaları işbirlikçidir, tüm modern gözlemsel kozmolojinin olduğu gibi kademelidir ve değeri, tekil atılımlardan ziyade Roman teleskobu gibi büyük ekip girişimleri aracılığıyla gerçekleştirilir. Kamu kayıtlarında adı geçen hiç kimse ona dâhi demez; dedikleri şey hassas kozmolojinin önde gelen temsilcisidir. Bu daha küçük bir kelimedir ve onun durumunda daha kullanışlı bir kelimedir.

Miras

Hirata'nın kariyeri, insanların dâhiler hakkında sorduğu ve nadiren çözüldüğünü görme şansı bulduğu bir soruya verilen cevaptır. Olimpiyat madalyalı on üç yaşındaki çocuk, 2012 yılına kadar Caltech'te profesör, 2018'de Breakthrough ödülü sahibi ve karanlık enerjinin var olup olmadığını belirleyebilecek enstrümanı inşa eden ekibin bir üyesi oldu. Roman teleskobu eninde sonunda hızlanan evren hakkında ne bulursa bulsun, bu kısmen onun geliştirmesine yardımcı olduğu yöntemler kullanılarak çıkarılmış olacaktır.