Gökbilimciler, günümüzde evrenin genişleme hızının şimdiye kadarki en kesin ölçümünü elde ettiler. Ölçüm sonuçları ise diğer veriler ile yapılan tahminlere uymuyor ve mevcut evren fiziğini kavrayışımızla çelişmekte.

Gökbilimciler bu çelişkinin yani evrenin beklenenden %9 daha hızlı genişlemesinin, ya kozmik mikrodalga arka plan ışımasının yanlış ölçülmesi ile alakalı olduğunu ya da bilinmeyen fiziksel bir olgunun uzayın genişlemesini hızlandırdığı anlamına geldiğini söylüyor.

Keşfi açıklayan makalenin ortak yazarı ve California Üniversitesi, Berkeley gökbilim profesörü Alex Filippenko “Bizim sayımıza gerçekten inanıyorsanız -ki ölçümümüzü düzgün yapabilmek ve belirsizlikleri tam olarak anlayabilmek için kan, ter ve gözyaşı döktük- o zaman bu Büyük Patlamadan artakalan kozmik mikrodalga arka plan ışıması ölçümlerine dayalı tahminlerle alakalı bir problem olduğu sonucuna götürür.” dedi.

‘Belki evren bizi kandırıyordur, belki de evreni kavrayışımız eksiksiz değildir.’ diye de ekledi.

Bunun sebebi bilinmeyen başka bir parçacığın (belki de hipotezi sıkça kurulmuş nötrinonun dördüncü çeşidinin) varlığı ya da karanlık enerjinin (evrenin genişlemesini hızlandıran enerji) etkisinin evrenin 13.8 milyar yıllık tarihi boyunca artış göstermesi olabilir. Ya da belki de Einstein’ın genel izafiyet teorisi, Standart Model’in temeli kısmen yanlıştır.

Her ikisi de Baltimore, Maryland’de olan Johns Hopkins Üniversitesi ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden (Space Telescope Science Institute) ve bu çalışmanın lideri Nobel ödüllü Adam Riess, “Bu şaşırtıcı bulgu, karanlık enerji, karanlık madde ve karanlık ışıma gibi evrenin ışık yaymayan ve neredeyse yüzde 95’ini oluşturan gizemli taraflarını anlamamız için önemli olabilir.” demişti. Riess, eskiden Berkeley’de Filippenko ile doktora sonrası öğretim üyesi olarak çalışmıştı.

NASA / ESA Hubble Uzay Teleskobu ve Hawaii’deki Keck-I teleskobundan elde edilen veriler Astrofizik Dergisi’nin (Astrophsical Journal) gelecek sayısında yer alacak.

Yeni haritalandırılan galaksilerden biri olan Galaksi UGC 9391’in NASA/ESA Hubble Uzay Teleskobu ile çekilmiş bir görüntüsü. UGC 9391,  gökbilimcilerin daha kesin bir Hubble Sabiti hesaplamak için kullandıkları iki tür yıldız içermektedir; Sefe değişenleri ve bir Tip 1a süpernova. Kırmızı daireler Cepheidlerin, mavi X ise Tip 1a süpernovanın yerini göstermektedir. Bu birleştirilmiş görüntü için yapılan gözlemler, Hubble’ın Geniş Alan Kamerası 3 tarafından 2012 ve 2013 yılları arasında çekilmiştir. Fotoğraf: NASA, ESA, ve A. Riess (STScI/JHU)

Büyük Patlamanın Işık Kalıntısı

Bir kaç yıl önce Avrupa Uzay Ajansı’nın şimdi görev yapamaz durumda olan Planck gözlemevi, evrenin erken tarihini belgelemek için kozmik arka plan ışımasındaki dalgalanmaları ölçtü. Planck’in ölçümleri fiziğin güncel Standart Model’i ile bir araya getirilince günümüz için megaparsekte 66.53 kilometre (±0.62) genişleme oranı tahmininde bulunmuştur. Bir megaparsek 3.26 milyon ışık yılına eşittir.

Filippenko, galaksilerin daha önceki direkt ölçümleri, güncel genişleme oranının (ya da Hubble Sabitini) aşağı yukarı yüzde 5-10 hata payıyla 70 ile 75 km/sn/Mpc olarak saptandığını ki bu sonucun kesinlikle Planck’ın tahminleriyle çatışmadığını söyledi. Yeni direkt ölçümlerin ise sadece yüzde 2.4 değişkenlikle 73.24 (±1.74) km/sn/Mpc gibi bir oran verdiğini ve bu değerlerin açıkça Planck tahminleriyle çelişmekte olduğunu da dile getirdi.

Birçoğu 1998’de evrenin hızlanarak genişlemesinin keşfinde ortak olan High-z Süpernova Araştırma Takımı’nın (Supernova Search Team) parçası olan ekip, çok uzak galaksilerin uzaklık ölçümlerinin kesinliğini geliştiren yenilikçi teknikler geliştirerek evrenin güncel genişleme hızında düzeltmeler yaptı.

Ekip, Tip 1a Süpernova ve Cepheid adlı değişken bir yıldızı bir arada içeren galaksiler aradı. Cepheid yıldızları, gerçek parlaklıklarına (güç) karşılık gelen oranlarda titreşirler; bu da, uzaklıklarını ve dolayısıyla galaksinin uzaklığını tam olarak belirlemek için Dünya’dan görüldüğü gibi belirgin parlaklıklarıyla karşılaştırılabilir. Bir diğer sıklıkla kullanılan kozmik mezura olan Tip 1a Süpernovalar aynı içsel parlaklıkla parlayan ve çok daha uzak mesafelerden görülebilecek kadar berrak olan patlayan yıldızlardır.

Civardaki 19 galakside bulunan yaklaşık 2.400 Cepheid yıldızını ölçerek ve her iki tür yıldızın belirgin parlaklığını karşılaştırarak Tip 1a Süpernovaların gerçek parlaklığını doğru olarak belirleyebildiler. Ardından bu ölçümlemeyi uzaklara yayılmış galaksilerdeki aşağı yukarı 300 kadar Tip 1a Süpernovanın mesafesini ölçmek için kullandılar.

Flippenko, “Hubble sabitini belirleyebilmek için hem Tip 1a Süpernovalara ev sahipliği yapan galaksilere olan civardaki Cepheidlerin uzaklığına hem de 300 tane daha uzak Tip 1a Süpernovanın uzaklığına ihtiyacımız var. Bu makale 19 galaksiye ve onların uzaklıklarını sadece küçük belirsizliklerle ve o belirsizlikleri de iyice anlayarak, çok çok iyi kavramaya odaklanıyor.” diye belirtti.

Gökbilimciler çok daha uzaklardaki galaksilerin uzaklıklarını ölçmek için bir kıstas olsun diye gerçek parlaklıklarının hassas ölçümünü yapabilmek için Hubble Uzay Teleskobunu, Cepheid değişkenleri diye adlandırılan bir titreyen yıldız sınıfına olan uzaklıkları ölçmek için kullandılar. Bu yöntem klasik paralaks tekniğinden daha hassastır. Tam boyutlu model için grafiğe tıklayınız. Fotoğraf: NASA, ESA, A. Alan (STScI) ve A. Riess (STScI / JHU)

Cepheid değişken yıldızlarının hassas ölçümü

Flippenko’nun grubu, Hawaii’deki 10 metrelik Keck-1 teleskobunu kullanarak, Tip 1a Süpernovalarına ev sahipliği yapan civardaki galaksilerdeki Cepheid değişken yıldızlarının konumlarında bulunan gazların kimyasal bolluklarını ölçtü. Bu, söz konusu galaksilerin türetilen uzaklığını iyileştirmelerine ve böylece Tip 1a Süpernovalarının zirve parlaklığının hassas ölçümünü daha doğru ayarlamalarını sağladı.

Flippenko, “Evrenin ölçülen genişleme oranındaki belirsizliği azaltmada ve bu belirsizliğin boyutunu hesaplamada dünyanın en iyi işini yaptık. Ancak, bizim ölçülen genişleme oranımızın genç evrenin gözlemlerinden beklenen oranla uyumsuzluk gösterdiğini bulduk ki bu da evrene ilişkin fiziksel kavrayışımızda önemli bir şeyin eksik olduğuna işaret eder.” dedi.

Riess, “Eğer karanlık enerji ve karanlık madde gibi şeylerin evrenin başlangıcındaki miktarını bilirsek ve fizik kurallarımız doğruysa, Büyük Patlamadan kısa bir süre sonraki ölçümden yola çıkıp bu anlayışı evrenin bugün ne kadar hızlı genişlemesi gerektiğini tahmin etmek için kullanabiliriz. Ancak, bu çelişki devam ederse, görünen o ki doğru anlayışa sahip değiliz ve bu da bugün Hubble sabitinin ne kadar büyük olması gerektiğini değiştirir.” diye belirtti.

Karanlık enerjinin evrenin içindekileri birbirinden uzağa itme gücünün artmasının ve yeni bir temel atom altı parçacığının (karanlık ışıma diye adlandırılan neredeyse ışık hızındaki bir parçacığın) varlığının yanı sıra diğer bir olası açıklama da karanlık maddenin bazı tuhaf ve beklenmedik özelliklerinin olmasıdır. Karanlık madde, galaksilerin bugünkü büyük ölçekli yapılarını üzerine inşa ettiği evrenin bel kemiğidir.

Hubble gözlemleri Hubble’ın keskin gözlü Geniş Alan Kamerası 3 (WFC3) ile Hubble sabitinin doğruluğunu evrenin davranışını daha iyi kavramamızı sağlayan bir kesinliğe kadar belirlemek için çalışan Supernova H0 for the Equation of State (SHOES) ekibi tarafından gerçekleştirilmiştir.

SHOES ekibi hata payını yüzde 1’e düşürmek hedefiyle Hubble Sabiti belirsizliğini daha da azaltmak için hala Hubble’ı kullanmaktadır. Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia Uydusu gibi mevcut teleskoplar, bir kızılötesi gözlem evi olacak olan NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Geniş Alan Kızılötesi Uzay Teleskobu (WFIRST) gibi gelecekteki teleskoplar da gökbilimcilere genişleme oranının daha iyi ölçümlerini yapmalarına yardım edebilir.

Hubble Uzay Teleskopu NASA ve Avrupa Uzay Ajansının uluslararası ortaklık projesidir. NASA’nın Goddard Uzay Uçuş Üssü teleskobun yönetiminden sorumludur. Baltimore’daki Uzay Teleskopu Bilim Enstitüsü (STScl) Hubble bilim çalışmalarını yürütmektedir. STScl NASA için Washington D.C.’deki Astronomi Araştırmaları Üniversiteler Birliği (Association of Universities for Research in Astronomy) tarafından yürütülmektedir. Hawaii’deki W. M. Keck observatuvarı NASA, Kaliforniya Üniversitesi ve Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü tarafından bilimsel bir ortaklık ile yürütülmektedir.

Filippenko’nun araştırması NASA, Ulusal Bilim Vakfı, TABASGO Vakfı, Gary & Cynthia Beniger ve Christopher R. Redlich fonu tarafından desteklenmiştir.

 

Yazar: Robert Sanders

Çevirmen: Mehmet Akçay

Kaynak: Berkeley News