SuomeksiEnglanniksi
Annales Universitatis Turkuensis

Perturbative and Non-Perturbative Studies of Reheating in the Curvaton Scenario

Sainio Jani

FM Jani Sainion väitöstyössään kehittämien laskennallisten menetelmien avulla on mahdollista tutkia varhaisuniversumin kehitystä huomattavasti tarkemmin, nopeammin ja halvemmin kuin aikaisemmin.

Universumin alkuhetkiä kuvaaviin malleihin kuuluu vahvasti niin kutsuttu uudelleenlämpeneminen, jossa maailmankaikkeuden rakenteiden alkuperän uskotaan olevan. Väitöskirjassaan Sainio on keskittynyt tutkimaan niin kutsuttuja kurvatonimalleja, jotka ovat vaihtoehtoisia selityksiä varhaismaailmankaikkeuden kehitykselle.

Sainio selvitti tutkimuksessaan yksinkertaisten kurvatonimallien synnyttämien tiheyshäiriöiden jakauman poikkeamaa normaalijakaumasta (ts. häiriöiden epägaussisuutta). Lisäksi Sainio suunnitteli tutkimuksessaan näytönohjainlaskentaa hyödyntävät ohjelmistot, jotka mahdollistavat aiempaa nopeamman ja tarkemman varhaisuniversumin mallinnuksen.

Varhaisuniversumin mallinnus on laskennallisesti haastava ongelma

Eräs viime aikoina paljon kosmologiassa tutkittu ongelma on varhaisuniversumissa syntyvän epägaussisuuden määrä, joka oleellisesti kertoo kuinka paljon kosmisen taustasäteilyn lämpötilaerojen jakauma poikkeaa normaalijakaumasta.

- Epägaussisuus tarjoaa tehokkaan menetelmän erottaa erilaisia varhaismaailmankaikkeuden malleja toisistaan sekä verrata niitä havaintoihin, Sainio toteaa.

Maailmankaikkeuden uudelleenlämpenemisessä syntyvän epägaussisuuden määritys on monissa tapauksissa laskennallisesti hyvin vaikeaa, sillä universumin kehitys täytyy simuloida tyypillisesti tuhansia kertoja erilaisilla alkuarvoilla.

Sainio suunnitteli väitöstyössään ohjelmistot, jotka mahdollistavat epägaussisuuden määrittämisen huomattavasti nopeammin, systemaattisemmin ja tarkemmin kuin aikaisemmat menetelmät.

Kehittämiensä ohjelmistojen avulla Sainio havaitsi, että tutkituista kurvatonimalleista useissa lasketut epägaussisuusarvot ovat nykyisten havaintorajojen sisäpuolella. Laskennallisesti raskaammassa kurvatonimallissa puolestaan epägaussisuuden huomattiin olevan huomattavasti suurempi kuin havainnot sallivat.

- Epägaussisuuden määrä riippuu vahvasti mallin yksityiskohdista. Jos uudelleenlämpenemiseen liittyy raju esilämpenemisvaihe, näyttää tämä johtavan helposti hyvinkin suureen epägaussisuuden määrään, kertoo Sainio.

Sainion väitöstyön ajankohtaisuutta korostaa Planck-satelliitti, jonka odotetaan antavan lähitulevaisuudessa hyvin tarkat rajat epägaussisuuden määrälle.

Näytönohjaimista lisäpuhtia numeeriseen laskentaan

Pääsääntöisesti pelikäyttöön aikaisemmin suunniteltujen näytönohjaimien käyttö rinnakkaislaskennan apuprosessoreina on yksi viime vuosien merkittävimmistä kehityssuunnista tieteellisessä laskennassa. Näytönohjaimia hyödyntämällä laskennallisten ohjelmien suoritusaika on monissa tapauksissa saatu lyhennettyä murto-osaan aikaisemmasta.

Tietokonesimulaatiot, jotka kymmenen vuotta sitten olisivat vaatineet useita päiviä laskenta-aikaa supertietokoneessa, voidaan nyt tehdä muutamassa tunnissa tavallisella tietokoneella. Tästä on seurauksena säästöjä paitsi laitteiston hankintaan liittyvissä kustannuksissa, mutta myös energiankulutuksessa.

Sainion väitöstyössään suunnittelemat ohjelmistot ovat kosmologian alalla ensimmäisten joukossa hyödyntämässä näytönohjaimia tieteelliseen laskentaan. Väitöstutkimus mahdollistaa uudelleenlämpenemisestä aiheutuvan epägaussisuuden määrittämisen huomattavasti nopeammin sekä systemaattisemmin kuin aikaisemmin.

Väitöskirja on englanninkielinen.

Tuotenumero:9789512952823
Ulkoasu:nid.
Tekijä:Sainio Jani
Laajuus:86 s. + liitteet
ISBN:9789512952823
Julkaisuvuosi:2013
Sarja:AI osa 455
15,00 €
(sis. ALV 10%)


13,64 €
(ALV 0%)
Määrä: kpl