Karanlık Enerji Sabit Değilse Ne Olur? Einstein’ın Denklemi Sarsılıyor
Chicago Üniversitesi’ndeki astrofizikçiler, karanlık enerjinin zaman içinde değişebileceğini öne süren fizik tabanlı modeller geliştirdiler.
Evrenin giderek artan bir hızla genişlemesine neden olan gizemli kuvvet olan karanlık enerji, modern kozmolojinin en büyük bilmecelerinden biri olmaya devam ediyor. Günümüzde önde gelen teori, karanlık enerjinin uzayın sabit bir özelliği olduğunu ve boşluğun içsel enerjisinin kozmik ivmeyi yönlendirdiğini savunuyor.
Ancak, geçen yıl yayınlanan Karanlık Enerji Araştırması (DES) ve Karanlık Enerji Spektroskopik Cihazı’nın (DESI) yeni sonuçları, karanlık enerjinin aslında sabit olmayabileceğini, aksine zaman içinde evrimleştiğini öne sürerek yeni bir tartışmayı alevlendirdi. Astronomi ve Astrofizik Profesörü Josh Frieman, “Bu, karanlık enerjinin 100 yıldan uzun bir süre önce Einstein tarafından ortaya atılan kozmolojik sabit değil, yeni ve dinamik bir olgu olduğuna dair ilk göstergemiz olacak,” diye açıkladı.
Frieman ve NASA Hubble Burs Programı’nda Astronomi ve Astrofizik alanında Einstein Üyesi olan Anowar Shajib tarafından Eylül ayında Physical Review D’de yayınlanan yeni bir çalışma, bu olasılığı destekliyor. Araştırmacılar, birden fazla gözlemsel araştırmadan elde edilen verileri birleştirerek, karanlık enerjiyi dinamik ve gelişen bir nicelik olarak tanımlayan modellerin, sabit bir kozmolojik sabit varsayan modellere göre mevcut gözlemlerle daha uyumlu olduğunu buldular.
Shajib’in araştırması, Hubble sabitini ölçmek ve karanlık enerjinin özelliklerine sınırlamalar getirmek için güçlü kütleçekimsel merceklemeyi kullanarak gözlemsel kozmoloji ve galaksi evrimine odaklanıyor. Frieman’ın çalışmaları ise, evrenin nasıl ortaya çıkıp evrimleştiğini ve nihayetinde karanlık enerjinin gerçekte ne olduğunu ortaya çıkarmayı amaçlayan Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması (SDSS) ve DES de dahil olmak üzere büyük ölçekli kozmik araştırmalara odaklanıyor.
Shajib ve Frieman ile çalışmalarında sunulan yeni modeller, bu bulguların kozmoloji için ne anlama gelebileceği ve gelecekteki araştırmaların neler ortaya çıkarabileceği hakkında konuştuk.
Karanlık enerji evrenin incelenmesinde neden önemli?
Frieman: Artık evrende ne kadar karanlık enerji olduğunu tam olarak biliyoruz, ancak ne olduğuna dair fiziksel bir anlayışımız yok.
En basit hipotez, bunun boş uzayın enerjisi olduğudur; bu durumda zaman içinde değişmez olurdu; bu düşünce geçen yüzyılın başlarında Einstein, Lemaître, de Sitter ve diğerlerine kadar uzanır. Evrenin yüzde 70’inin ne olduğu hakkında neredeyse hiçbir fikrimizin olmaması biraz utanç verici. Ve bu ne olursa olsun, evrenin gelecekteki evrimini belirleyecek.
Fizikten esinlenerek oluşturduğumuz dinamik karanlık enerji modelimizdeki tüm büyük veri kümelerinden gelen birleşik kısıtlamalar, standart modeli %99,6 oranında hariç tutarak evrenin genişlemesinin daha yavaş hızlandığını ima ediyor. Kaynak: Anowar Shajib
Kozmologları karanlık enerjinin evrimleşiyor olabileceği düşüncesine iten son bulgular nelerdi?
Shajib: 90’larda keşfedilmesinden bu yana bazı gözlemsel tutarsızlıkları gidermek için karanlık enerjinin dinamik doğasına ilgi duyulsa da, yakın zamana kadar önemli ve sağlam veri kümelerinin çoğu, standart kozmoloji olarak kabul edilen evrimleşmeyen bir karanlık enerji modeliyle uyumluydu. Ancak, evrimleşen karanlık enerjiye olan ilgi, geçen yıl DES, DESI ve Planck deneylerinden elde edilen süpernovalar, baryon akustik salınımı ve kozmik mikrodalga arka plan verilerinin bir araya getirilmesiyle yeniden canlandı.
Bu veri kümeleri kombinasyonu, standart, evrimleşmeyen karanlık enerji modeliyle güçlü bir tutarsızlığa işaret ediyor. Evrimleşmeyen karanlık enerjinin ilginç bir özelliği, uzay genişlese bile yoğunluğunun zaman içinde sabit kalmasıdır. Ancak, evrimleşen karanlık enerji modeli için karanlık enerji yoğunluğu zamanla değişecektir.
Frieman: Bu araştırmalardan elde edilen veriler, kozmik genişlemenin tarihini, yani evrenin geçmişte farklı dönemlerde ne kadar hızlı genişlediğini çıkarmamızı sağlıyor. Karanlık enerji zaman içinde evrimleşirse, bu tarih, karanlık enerjinin sabit kaldığı durumdan farklı olacaktır. Kozmik genişleme tarihi sonuçları, son birkaç milyar yılda karanlık enerjinin yoğunluğunun yaklaşık %10 oranında azaldığını gösteriyor; bu çok büyük bir miktar değil ve diğer madde ve enerji yoğunluklarından çok daha az, ancak yine de önemli bir miktar.
Bu çalışmanın amacı neydi ve genel bulgular nelerdi?
Shajib ve Frieman: Bu çalışmanın amacı, evrimleşen karanlık enerji için fiziksel bir modelin öngörülerini en son veri setleriyle karşılaştırmak ve bu karşılaştırmadan karanlık enerjinin fiziksel özelliklerini çıkarmaktır. Önceki veri analizlerinin çoğunda kullanılan evrimleşen karanlık enerji “modeli”, fiziksel modellerin davrandığı gibi davranmakla sınırlı olmayan matematiksel bir formüldür.
Makalemizde, evrimleşen karanlık enerji için fizik tabanlı modelleri doğrudan verilerle karşılaştırıyoruz ve bu modellerin mevcut verileri, standart, evrimleşmeyen karanlık enerji modelinden daha iyi açıkladığını görüyoruz. Ayrıca, DESI ve Vera Rubin Gözlemevi Uzay ve Zaman Miras Araştırması (LSST) gibi yakın gelecekteki araştırmaların, bu modellerin doğru olup olmadığını veya karanlık enerjinin gerçekten sabit olup olmadığını kesin olarak söyleyebileceğini gösteriyoruz.
Sunulan modelleri ve karanlık enerjinin davranışını mevcut modellere kıyasla neden daha iyi açıkladıklarını açıklayın. Frieman: Bu modeller, aksiyon adı verilen varsayımsal parçacıkların parçacık fiziği teorilerine dayanmaktadır. Aksiyonlar ilk olarak 1970’lerde, güçlü etkileşimlerin gözlemlenen belirli özelliklerini açıklamaya çalışan fizikçiler tarafından öngörülmüştür. Günümüzde aksiyonlar, karanlık madde için olası adaylar olarak kabul edilmektedir ve Fermilab ve Chicago Üniversitesi’ndeki fizikçiler de dahil olmak üzere dünya çapındaki deneyler aktif olarak onları aramaktadır.
Makalemizdeki modeller, karanlık madde olarak değil, karanlık enerji olarak hareket edecek olan aksiyonun farklı, ultra hafif bir versiyonuna dayanmaktadır. Bu modellerde, karanlık enerji aslında kozmik tarihin ilk birkaç milyar yılı boyunca sabit kalır, ancak aksiyon daha sonra -eğimli bir alanda duran ve yuvarlanmaya başlayan bir top gibi- evrimleşmeye başlar ve yoğunluğu yavaş yavaş azalır; verilerin de tercih ettiği gibi. Dolayısıyla veriler, doğada elektrondan yaklaşık 38 büyüklük mertebesinde daha hafif yeni bir parçacığın varlığını göstermektedir.
Bu bulguların kozmik genişlemeyi anlamak için çıkarımları nelerdir?
Shajib: Bu modellerde karanlık enerji yoğunluğu zamanla azalır. Karanlık enerji, evrenin ivmeli genişlemesinin sebebidir, bu nedenle yoğunluğu azalırsa, ivmesi de zamanla azalacaktır. Evrenin çok uzak geleceğini düşünürsek, karanlık enerjinin farklı özellikleri farklı sonuçlara yol açabilir.
Bu sonuçların iki uç noktası, ivmeli genişlemenin atomları bile parçalayacak kadar hızlandığı Büyük Yırtılma ve evrenin bir noktada genişlemeyi bırakıp tersine bir Büyük Patlama gibi görüneceği Büyük Çöküş’tür. Modellerimiz, evrenin bu iki uç noktadan da kaçınacağını gösteriyor: milyarlarca yıl boyunca ivmeli genişlemeye maruz kalacak ve soğuk, karanlık bir evren, yani Büyük Donma ortaya çıkacak.
Karanlık Enerji Araştırması’ndan fotoğraf. Kaynak: Anowar Shajib
Bu sonuçların daha az belirgin başka sonuçları olabilir mi?
Frieman: Aklıma gelen tek pratik sonuçlar, bu fikirleri daha derinlemesine incelemek için geliştirmemiz gereken teknolojiler; örneğin yeni teleskoplar inşa etmek, yeni uydular fırlatmak veya özgün dedektörler geliştirmek. Bu tür gelişmelerin, trilyonlarca yıl sonra gerçekleşecek olaylardan çok daha fazla hayatımız üzerinde etkisi olması muhtemel.
Bu sonuçlar sizi en çok ne heyecanlandırıyor?
Shajib: Bu makale için DES, DESI, SDSS, Zaman Gecikmeli Kozmografi, Planck ve Atacama Kozmoloji Teleskobu’ndan tüm önemli veri kümelerini topladık ve bunları birleştirerek bugüne kadarki en kısıtlayıcı karanlık enerji ölçümünü elde ettik. Tüm bu ölçümler kapsamlı deneylerden geliyor, bu nedenle bir bakıma kozmoloji topluluğunun bir bütün olarak topladığı kolektif bilgiyi temsil ediyorlar.
Frieman: 2003 yılında DES üzerinde çalışmaya başladığımızda amacımız, karanlık enerjinin özelliklerini sabit mi yoksa değişken mi olduğunu belirlemek için kısıtlamaktı. Yirmi yıl boyunca veriler sabit olduğunu gösteriyordu. Veriler bu varsayımı tutarlı bir şekilde desteklediği için bu sorudan neredeyse vazgeçmiştik. Ancak şimdi, karanlık enerjinin değişiyor olabileceğine dair 20 yıldan uzun bir süre sonra ilk ipucuna sahibiz ve eğer evrimleşiyorsa, temel fizik anlayışımızı değiştirecek yeni bir şey olmalı. Bu his, başlangıçta bulunduğumuz yeri hatırlatıyor. Bu ipuçlarının hala yanlış olduğu ortaya çıkabilir, ancak bu soruyu yanıtlamanın eşiğinde olabiliriz ve bu oldukça heyecan verici.
Kaynak: https://scitechdaily.com
Karanlık Enerjide Şaşırtıcı Gelişme: Einstein’ın Teorisi Sorgulanıyor