Kozmolojinin büyük sorunları: iki hızlı evren

Evren genişliyor; tek soru bunun hangi hızda olduğudur. Çünkü farklı ölçüm yöntemleri farklı sonuçlara yol açar.

1863'te bilim adamları güneşin gerçekten kömür yakıp yakmadığından şüphe etmeye başladı. Çünkü eğer kömürden yapılmış olsaydı, muazzam enerji üretimi nedeniyle sadece 5.000 yıl sonra sönerdi.

19. ve 20. yüzyılın başlarındaki liderler için bir provokasyon: Güneşli her sabah onlara cehaletleri hatırlatılıyordu. 1920 civarında nükleer füzyonun keşfini mümkün kılan şey Einstein'ın denklemleriydi.

Kozmoloji bilgisindeki mevcut çelişkiler ve boşluklar günümüzde artık o kadar belirgin değil. Ve artık hiçbiri çıplak gözle görülemiyor.

Evren genişliyor…

Geriye kalan en büyük gizemlerden biri evrenin büyüklüğüdür. Evren, yaklaşık 13,8 milyar yıl önce meydana gelen Büyük Patlama'dan bu yana genişliyor. Bu genişlemenin hızına Hubble sabiti denir.

Her ne kadar bu genişleme fiziğin şu anda açıklayabildiğinden daha hızlı bir oranda gerçekleşse de, bu olgunun kendisi neredeyse yüz yıldır tartışılmaz. Sorun bunun tam olarak ne kadar hızlı gerçekleştiği, yani Hubble sabitinin ne kadar büyük olduğu veya gerçekten bir sabit olup olmadığıdır.

…ama hangi hızda?

Sorun: Daha genç yerel evrenin ölçümleri, ışığı bize uzak, erken bir evrenden gelen son derece uzak yıldızların ölçümlerinden farklı bir hızla sonuçlanır.

Yerel evren megaparsek (Mpc) başına 73,5 km/s hızla çok düşük hata olasılığıyla genişlerken, erken evren yine çok düşük hata olasılığıyla Mpc başına 67,2 km/s hızla ölçülüyor.

Bir megaparsek yaklaşık 3,26 milyon ışık yılına karşılık gelir. Karşılaştırma için: Bizim galaksimiz tahmini olarak 100.000 ışıkyılı genişliğinde ve yaklaşık 1.000 ışıkyılı kalınlığındadır.

Tek evren, iki hız

Artık gökbilimciler, evrenin yakınımızda ne kadar hızlı genişlediğine dair şimdiye kadarki en kesin ölçümleri yayınladılar. Sonuç, bilim adamlarının henüz açıklayamadığı rahatsız edici bir çelişkiyi doğruluyor.

Bu amaç için özel olarak oluşturulan Hubble Sabit Mesafe Ağı (H0DN) adlı uluslararası araştırma topluluğu, yerel çevre için megaparsek başına saniyede 73,5 kilometrelik bir mesafeyi %1'in biraz üzerinde bir ölçüm hassasiyeti ile belirlemiştir.

Ölçümlerin istatistiksel bir tesadüf olma olasılığı astronomik olarak küçüktür (yedi sigma).

On ölçüm tekniği

Bu sonuca ulaşmak için araştırmacılar tek bir yönteme güvenmediler. Bunun yerine, örtüşen on teknikten oluşan sözde “uzaklık ağı” kurdular. Bunlar, diğer şeylerin yanı sıra aşağıdakilerin ölçümlerini içerir:

• Sefeidler (parlaklıklarında öngörülebilir dalgalanmalar gösteren titreşen yıldızlar),
• Belirli bir gelişim aşamasındaki kırmızı devler,
• Ayrıca Ia süpernovalarını da yazın (“standart mumlar”; bilinen parlaklıkta patlayan yıldızlar).
• Mira değişkenleri, megamaserler ve diğer yöntemler

Hubble voltajı

Bununla birlikte, var olan en eski ışık olan kozmik mikrodalga arka planını kullanan erken evreni temel alan bağımsız ölçümler, sürekli olarak megaparsek başına saniyede yaklaşık 67,2 kilometrelik daha yavaş bir evren genişleme hızı sağlar.

73,5 ile 67,2 Mpc arasındaki bu boşluğa Hubble voltajı denir. Ölçüm hatası veya istatistiksel şansla açıklanamayacak kadar büyüktür.

Bu ne anlama geliyor?

Ama ölçümler doğruysa başka bir şeyin eksik olması gerekir. Olası açıklamalar şunları içerir:

• Mevcut Standart Modelin ötesinde bilinmeyen bir fizik,
• Karanlık enerjiyle ilgili yeni ayrıntılar (genişlemeyi yönlendiren gizemli güç),
• henüz keşfedilmemiş parçacıklar;
• Kozmik ölçekte yerçekiminin çalışma biçimindeki değişiklikler.

Hubble Sabit Mesafe Ağı, makalesinde şu sonuca varıyor: “H0'ın artan hassasiyeti artık standart kozmolojik çerçeve içinde daha geniş bir tutarsızlığı ortaya koyuyor ve yeni fizik ihtiyacını veya erken evren hakkındaki sonuçların daha derinlemesine yeniden değerlendirilmesini güçlendiriyor.”

Rakip ölçüm yöntemleri

Elbette bu sonuçlar kayıtsız kalmıyor. Yakın zamanda yayımlanan diğer iki makalede araştırmacılar, yerel evrenin genişleme hızının önemli ölçüde fazla tahmin edilmiş olabileceği sonucuna vardı.

Potsdam'daki Leibniz Astrofizik Enstitüsü'nden bir araştırma ekibi, dört tam “komşu” gökada grubunun hareketlerini analiz etti: Erboğa grubu A ve M81 grubunun yanı sıra M82 ve M83 gökada grupları. Her ikisi de Samanyolu'nun yerel grubu dışındaki en yakın gökada gruplarına aittir.

“Yakın” galaksi gruplarının analizi.

Yöntem, galaksilerin yerel çekimsel hareketini evrenin genel genişlemesinden ayırmamızı sağlıyor. Bunun amacı, kozmik mahallemizdeki galaksilerin öz hareketlerinden kaynaklanan ölçüm bozulmalarını azaltmaktır.

Sonuçlar dergide iki çalışmada yayınlandı Astronomi ve astrofizik yayınlandı. Ekip, Erboğa A grubu ve M81 grubu için megaparsek başına saniyede 64,0 (±4,6) kilometrelik bir değer belirledi. M82 ve M83 gökada grupları için analiz 63 (±6) km/s/Mpc değerini vermiştir.

Bu nedenle her iki değer de, megaparsek başına saniyede 73 kilometre olan önceki sonuçlardan 67,4 km/s/Mpc'lik erken evren değerine önemli ölçüde daha yakındır.

Yerel evren ölçümleri sorun olabilir

Araştırmacılar artık kozmik mahallemizdeki galaksilerin öz hareketleri önceki yerel ölçümleri bozmuş olabileceğini düşünüyor. Yeni yöntem, yerel evrenin önceden düşünülenden daha yavaş genişliyor olabileceğini öne sürüyor.

Yeni Potsdam yöntemi Hubble gerilimini çözmüyor. Bununla birlikte, daha yüksek olduğu ortaya çıkarsa, gelecekte yerel genişlemenin değeri, erken evrende kozmik mikrodalga arka plan ışınımı tarafından ölçülen değere önemli ölçüde daha yakın olacaktır: Hubble gerilimini ortadan kaldırmaya yönelik olası bir adım.