Ana Sayfa / Teknoloji / Hubble Trouble: Evren ne kadar hızlı genişliyor?

Hubble Trouble: Evren ne kadar hızlı genişliyor?

Kozmologlar ve gökbilimciler, evrenin karşıt uçlarından Hubble sabitinde bir tutarsızlık bulmuşlardır. Hubble sürekli sorun mu var? Daha fazla bilgi edinin. 1990’ların başındaydı ve Kaliforniya Pasadena’daki Carnegie Rasathaneleri Noel tatili için boşalmıştı. Wendy Freedman kütüphanede muazzam ve dikenli bir sorunda yalnız başına çalışıyordu: evrenin genişleme oranı.

Carnegie bu tür bir çalışma için kutsanmıştı. 1929’da Edwin Hubble’ın Samanyolu’ndan uçup uzaktaki uzaydaki galaksileri hızlandırdığını ve genişleyen alanın dışa akmasını sürdürdüğü burada idi. Bu akışın hızı Hubble sabiti olarak anılmaya başlandı.

Carnegie’nin gökbilimci Allan Sandage da saldırıya uğradığında, Freedman’ın sessiz çalışması kısa sürede kesildi. Hubble’ın belirlediği bilimsel mirasçı Sandage, on yıllarca Hubble’ı sabit tutmak için harcadı ve yavaş yavaş genişleme oranını savundu. Freedman daha hızlı bir oran yayınlamanın en son meydan okuyucusu ve Sandage sapkın çalışmayı görmüştü.

“Şu anda öfkeliydi,” diyor Illinois’daki Chicago Üniversitesi’nde şu an “Binadaki tek iki insanın olduğunun farkına varmanızın bir sonucu olarak geri adım attım ve o zaman fark ettim. Oh oğlum, bu alanların en sevimli değildi “dedi.

Şiddet azalmış, ancak çok azalmış değil. Sandage 2010 yılında öldü ve o zamana kadar çoğu gökbilimci dar bir alanda bir Hubble sabitine yaklaştı. Ancak Sandage’ın kendisinin de tadını çıkarabileceği bir bükülme, yeni teknikler Hubble sabitinin öncü sayıdan% 8 daha düşük olduğunu gösteriyor. Yaklaşık bir yüzyıldır gökbilimciler, yakındaki evrendeki mesafeleri titizlikle ölçerek ve daha da uzaklaşarak hesapladılar. Ancak son zamanlarda, astrofizikçiler, görünür evrenin geri kalanına zemin hazırlayan büyük patlamanın dağınık haldeki geriye kalan kozmik mikrodalga arka planının (CMB) haritalarına dayanan sabiti dışardan ölçtü. Evrendeki enerji ve maddenin itilmesinin ve çekilmesinin, mikrodalga arka planı oluştuğu için kozmik genişleme oranını nasıl değiştirdiği konusunda varsayımlar yaparak, Astrofizikçiler haritalarını alabilir ve Hubble sabitini günümüzdeki yerel evrene ayarlayabilir. Sayılar eşleşmelidir. Ama bilmiyorlar.

Bir yaklaşım yanlış olabilir. İki taraf kendi yöntemlerinde kusurlar araştırıyor ve birbirlerine benziyor ve Freedman gibi kıdemli figürler kendi önlemlerini yayınlamak için yarışıyor. “Bunun hangi yönde olacağını bilmiyoruz,” diyor Freedman.

Fakat anlaşmazlık devam ederse, bu, modern kozmolojinin gökyüzünde bir çatlak olacaktır. Bu mevcut teorilerin, mevcut ve eski geçmiş arasında müdahale ettiği, SPK’dan mevcut Hubble sabitine çıkarım zincirinin atıldığı bir bileşen eksik olduğu anlamına gelebilir. Eğer öyleyse, tarih kendini tekrarlayacaktır. 1990’lı yıllarda, Maryland, Baltimore’daki Johns Hopkins Üniversitesi’nde astrofizikçi olan Adam Riess, karanlık enerjiyi keşfeden gruplardan birinin başına geçti; evrenin genişlemesini hızlandıran itici bir güç. Bu, SMB hesaplamalarının hesaba katması gereken faktörlerden biridir.

Şimdi, Riess’in ekibi, yakınlarda ve ötesinde Hubble sabitini aşağıya çekme arayışına giriyor. Amacı sadece numarayı hassaslaştırmak değil, karanlık enerjinin (şu an tasarlandığı gibi) bile açıklayamayacağı şekilde zaman içinde değişip değişmediğini görmek. Şimdiye kadar, kayıp faktörün ne olduğu konusunda pek az ipucu var. “Neler olduğunu gerçekten merak ediyorum” diyor.

1927’de Hubble, dünyanın en büyük teleskobu olan Pascal’dan Wilson Dağı’nın tepesine uzanan 100 metrelik (2.5 m) Hooker teleskobuyla Samanyolu’nun ötesine geçiyordu. Bildiğimiz silikon spiral lekeleri galaksiler halinde çekti ve hareketleri Doppler tarafından daha uzun dalga boylarına kaydırıldığı için ışığın kızarıklığını ölçtü, tıpkı bir geri çekilmiş ambulansın kesilmesi gibi. Galaksilerin kırmızı kademelerini parlaklıklarıyla karşılaştırarak Hubble, devrimci bir şey üzerinde tökezledi: Dimmer ve muhtemelen bir galaksinin ötesinde uzaklaştıkça, o kadar hızlı geri çekildi. Bu, evrenin genişlediği anlamına geliyordu. Aynı zamanda, evrenin büyük bir patlamadan başlayarak sınırlı bir yaşı olduğu anlamına geliyordu.

Kozmik bir tartışma

Hubble sabiti üzerinde tartışmalar, evrenin genişleme oranı tekrar patladı. Gökbilimciler klasik bir teknik olan “mesafe merdiveni” ya da yerel evrendeki astronomik gözlemleri kullanarak bir numaraya yerleşmişlerdi. Fakat bu değerler, erken evrenin haritalarından yapılan ve günümüze uyarlanmış kozmolojik tahminlerle çelişir. Anlaşmazlık, kayıp bir maddenin evrenin büyümesine yakıt getireceğini gösteriyor.

Genişleme oranını aşağıya indirmek için -genel sabiti-Hubble, görünür parlaklığına dayanan yalnızca göreli uzantıları değil galaksilere olan gerçek mesafelere ihtiyaç duydu. Böylece Samanyolu’ndan komşu galaksilere uzanan alanın çok uzağına kadar bir mesafe merdiveni inşa etme zahmetli süreci başladı. Merdivendeki basamaklardan her biri “standart mumlar” ile kalibre edilmelidir: nesneleri kayan, darbeli, parlayan veya döndükleri nesneler ne kadar uzakta olduklarını güvenilir şekilde kodlar.

İlk basamak oldukça sağlam görünüyordu: Günler veya haftalar boyunca parlaklıkta yukarı ve aşağı doğru hızlanan rengi cepheidler olarak adlandırılan değişken yıldızlar. Bu döngünün uzunluğu, yıldızın kendine has parlaklığını belirtir. Bir cepheidin gözlenen parlaklığını, salınımlarından çıkan parlaklık ile karşılaştırarak, Hubble mesafesini ölçebilir. Mount Wilson teleskobu, en yakın galaksilerde birkaç cepheidi görmek için yeterliydi. Daha uzak galaksiler için, her birinin en parlak yıldızının aynı özgün parlaklığa sahip olduğunu varsaydı. Daha da uzaklaştığında, tüm galaksilerin standart mumlar olduğunu ve üniform parlaklıkları olduğunu varsaydı.

Onlar iyi varsayımlar değildi. Hubble’ın ilk yayınlanan sabiti megaparsec başına saniyede 500 kilometredir; yani 3.25 milyon ışıkyılı boyunca uzaya baktığında, genişleyen evren galaksileri 500 kilometre / saniye hızla tırmanıyordu. Numara çok uzakta, büyüklük sırası çok hızlıydı. Ayrıca sadece 2 milyar yaşında bir evren ima etti, bebek mevcut tahminlere kıyasla. Ama bu bir başlangıçtı.

1949 yılına gelindiğinde, Kaliforniya’daki Palomar’daki 200-inç (5.1-m) teleskobunda inşaat tamamlanmıştı -Hubble’ın kalp krizi geçirmesi için zamanında. Hubble, mantodan Sandera’ya geçti. Bu gözlemciler, sonraki on yıllar boyunca teleskopun geniş aygıtında askıya alınan, titreyen ve bir banyo molasına umutsuz bir ihtiyaç olan fotoğraf çekme plakalarını sergileyen bir as gözlemci oldu.

Palomar’ın yüksek çözünürlüğü ve ışık toplama gücü ile Sandage, daha uzak galaksilerdeki cepheidleri alabilir. Ayrıca, Hubble’ın parlak yıldızlarının aslında tüm yıldız kümeleri olduğunu fark etti. Hubble düşüncesinden daha doğal ve daha uzaktılar, diğer düzeltmelere ek olarak Hubble sabitinin çok daha düşük olduğu ima edildi. 1980’lere gelindiğinde, Sandage, tutkuyla savunduğu yaklaşık 50 değerini almıştı. Belki de en ünlü folyosu olan Fransız gökbilimci Gérard de Vaucouleurs 100 rakibi değerini yükseltti. Kozmolojinin en önemli parametrelerinden biri utanç verici bir faktörle karşı karşıya kaldı.

1990’ların sonunda, Sandage’ın sözlü tacizinden kurtulduktan sonra Freedman, sadece bu işle aklı başında tasarlanmış güçlü yeni bir araç olan bulmaca çözmeye kararlıydı: Hubble Uzay Teleskobu. Atmosferin üstündeki keskin görünümü, Freedman’ın ekibinin Sandage’in Palomar’a oranla 10 misli uzaktaki bireysel cepheidlerini seçmesine izin verdi. Bazen bu galaksiler hem cepheidlere hem de daha parlak bir işaret feneri (bir tür Ia süpernovası) ev sahipliği yapıyorlardı. Patlayan beyaz cüce yıldızlar, uzayda görülebilir ve tutarlı, maksimum bir parlaklık vermek için parlamaz. Cepheidlerle kalibre edildikten sonra, süpernova uzaydan en uzak mesafeleri bulabilmek için kendi başlarına kullanılabilir. 2001’de Freedman’ın ekibi Hubble sabitini 72 artı veya eksi sekizliğe kadar daralttı, bu kesin bir çaba Sandage ve De Vaucouleurs’un çelişkisini sona erdirdi. ”

Fakat daha sonra, Hubble sabitini, herkesin en uzak, en kızgınlıkla değişen şeyiyle hesaplamanın bağımsız bir yolunu bulan fizikçi geldi: mikrodalga arka plan. 2003 yılında Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Probu (WMAP), sıcaklık değişimlerinin noktalarını gösteren ilk haritasını SPK’da yayınladı. Haritalar standart bir mum değil, standart bir ölçüt sağladı: İlkel çorbada, yeni doğan evrende dalgalanan ses dalgaları tarafından oluşturulan sıcak ve soğuk noktalar.

Bu çorbadaki maddelerle ilgili birkaç varsayımla – atomlar ve fotonlar gibi tanıdık parçacıklar – karanlık madde ve karanlık enerji olarak adlandırılan bazı ekstra görünmez şeyler – WMAP ekibi, bu ilkel ses dalgalarının fiziksel boyutunu hesaplayabilir. Bu, SPM lekelerinde kaydedilen ses dalgalarının görünür büyüklüğüyle karşılaştırılabilir. Karşılaştırma mikrodalga arka plana mesafe verdi ve bu ilkel moment evrenin genişleme oranı için bir değer. Düzenli parçacıkların, karanlık enerjinin ve karanlık maddenin o zamandan bu yana genişlemeyi nasıl değiştirdiğine ilişkin varsayımlar yaparak WMAP ekibi sabiti şimdiki şişme hızına göre ayarlayabilir. Başlangıçta, Freedman’ın bulduğuna göre, 72 değerini buldu.

Fakat o zamandan beri Hubble sabitinin astronomik ölçümleri, hata çubukları daraldığında bile daha yüksek bir seviyeye indi. Son yayınlarda, Riess, Hubble Teleskopu’nda 2009’da kurulmuş kızılötesi kamera kullanarak, hem Samanyolu cepheidlere olan mesafeleri tam olarak görebilecek ve uzaklardaki kırmızımsı kuzenlerini, açık renkli kırmızı yıldızlardan çıkaran daha mavi yıldızlardan çıkarabilen Freedman gibi rakiplerin önüne atladı. Cepheids’i çevreleyin. Riess takımının en son sonuçları 73.24.

Bu arada, SPK’yı daha yüksek çözünürlükte ve daha fazla sıcaklık duyarlılığında görüntüleyen bir Avrupa Uzay Ajansı (ESA) misyonu olan Planck, 67.8’e yerleşti. İstatistiksel olarak, iki değer, 3.4 sigorta yelpazesiyle ayrılır – parçacık fiziğinde önemli bir sonucu işaret eden, ancak oraya ulaşan 5 sigma değil. WMAP ekibini yöneten Johns Hopkins’de astrofizikçilik yapan Chuck Bennett, “Bu, istatistiksel bir şaşkınlık olarak açıklamak zor,” diyor.

Her iki taraf parmağını diğerine işaret ediyor. İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’ndeki Planck ekibinin önde gelen bir kozmologu olan George Efstathiou, Planck verilerinin “kesinlikle sert” olduğunu söylüyor. Efstathiou, 2013’deki ilk Planck sonuçlarını analiz ederek gözlerini başka yerlere attı. Riess’in verilerini indirdi ve kendi analizini daha düşük ve daha az hassas Hubble sabitiyle yayınladı. Gökbilimcilerin dışa dönük merdivenlerini “dağınık” buluyor.

Buna karşılık, gökbilimciler, günümüz evrende gerçek bir ölçüm yaptıklarını iddia ederken, CMB tekniği birçok kozmolojik varsayımlara dayanıyor. Eğer ikisi birden katılmıyorsa, neden kozmolojiyi değiştirmemelerini istiyorlar? Bunun yerine, “Dünyanın George Efstathıııııııııııııııııııııııııııııııııııııııııııııııııdı ve 1980’lerden bu yana Freedman’ın ortak çalışanı ve kocası olan Chicago Üniversitesi’nden Barry Madore,” Tüm verilerinizi yeniden analiz edecektir “dedi. “Peki sen ne yapıyorsun? Bir kamçı bulmak zorundasın.”

Gökbilimcilerin köşesinde yerçekimi merceklemesi denilen bir teknik bulunur. Büyük bir galaksinin çevresinde, yerçekimi kendisi uzayda dolaşır ve ışığı daha quasar gibi daha uzak bir ışık kaynağından bükebilen dev bir lens oluşturur. Objektifin ve kuazaryanın hizalanması doğruysa, ışık, Dünya’ya giden birkaç yolu izleyerek lensing galaksisinin etrafında birden çok görüntü oluşturabilir. Daha da şanslı koşullarda, quasar parlaklıkta titriyor. Her klonlanmış görüntünün de titreşmesine neden olur, ancak farklı zamanlarda, çünkü her görüntü için ışık ışınları bükük alan boyunca farklı yollar alıyor. Titreşimler arasındaki gecikmeler, yol uzunluklarındaki farklılıkları gösterir; Gökbilimcilerin büyüklüğü ile birleştirerek, gökbilimciler, lensing galaksisine olan mutlak mesafeyi hesaplamak için trigonometri kullanabilirler. Bu şekilde sadece üç yerçekimi merceği titizlikle ölçülmüş, şu an altı çalışma daha fazla çalışılıyor. Ancak, Ocak ayının sonlarında, Almanya’nın Garching kentinde yer alan Max Planck Astrofizik Enstitüsü astrophysicisti Sherry Suyu ve ortak çalışanları, en iyi tahminlerini Hubble sabitinde yayınladılar. Suyu, “Ölçümümüz mesafe merdiven yaklaşımı ile uyumlu” dedi.

Kozmologların bu arada kendi kızkardeşi tekniği vardır: baryon akustik salınımları (BAO’lar). Yaşlanan evrende olduğu gibi, CMB üzerine basılan aynı ses dalgası desenleri (ilkel kıstas), galaksi kümelerine dönüşen maddenin külçelerini ekti. Gökyüzündeki galaksilerin desenlendirilmesi, ses dalgalarının orijinal boyutlarını korumalı ve daha önce olduğu gibi, örüntüün görünen ölçeğini, hesaplanan gerçek boyutuyla karşılaştırarak mesafe katetmelidir. CMB tekniği gibi, BAO metodu da kozmolojik varsayımlar yapar. Fakat son birkaç yıldır, Hubble sabit değerlerini Planck’ın hatları doğrultusunda üretiyor. Geniş bir galaksi haritalama çabası olan Sloan Digital Sky Survey’in devam eden dördüncü iterasyonu, bu ölçümlerin hassaslaştırılmasına yardımcı olmalı.

Bu, süratli mesafe merdiveni ve SPK ekiplerinin anlaşmazlığı çözmek için diğer yöntemleri beklemek olduğunu söylemek değil. ESA’nın Gaia misyonu, Samanyolu’ndaki cepheidlere olan uzaklıkları mesafe merdiveninin temeli sağlamlaştırmak için yakındaki yaklaşık bir milyarda farklı mesafede, cepheidler de dahil etmeye çalışıyor. Gaia, Dünya’nın ötesinde güneş etrafında yörüngede, tüm ölçümlerden en emin olanı kullanıyor: paralaks veya yıldızların arka plan gökyüzüne karşı belirgin bir şekilde kayması, çünkü uzay aracı yörüngesinin karşı taraflarına sallanıyor. Gaia’nın tam veri seti 2022’de piyasaya çıktığında, gökbilimciler için kesin bir başka sıçrayış sağlamalıdır. (Riess, daha önceleri Gaia sonuçlarını kullandığında daha yüksek Hubble sabitinin devam ettiğini tespit etti.)

Kozmologlar, Şilin’deki Atacama Kozmoloji Teleskopu ve Planck’ın yüksek çözünürlüklü sonuçlarını kontrol edebilen Güney Kutbu Teleskobu’nu kullanarak ölçümlerini de sağlamlaştırmayı umuyorlar. Princeton Üniversitesi’nden astrofizikçi Lyman Page “Bu belirsiz kalmayacak” diyor. Farklı sonuçlar kaya gibi sağlamsa, bu teorisyenlere boşluğu kapatmaya çalışacaklardır. “Altın altın modelin nereden koptu” diyor Sayfa. “Modeli onaylamak falan değil.”

Bir düzeltme, evrenin standart modeline ekstra bir parçacık eklemektir. SPK, büyük patlama sonrasında, maddenin ve yüksek enerjili radyasyona bölündüğünde, evrenin genel enerji bütçesinin bir tahmini sunuyor. Albert Einstein’ın ünlü eşdeğerliği E = mc 2 nedeniyle , enerji yerçekimi ile uzayın genişlemesini yavaşlatan madde gibi davrandı. Fakat madde daha etkili bir fren. Zaman geçtikçe, ışığın radyasyon fotonları ve nötrin gibi diğer hafif partiküller soğutulmuş ve enerji kaybederek yerçekimi etkisini sulandırıyordu.

Halen bilinen üç nötrinodur. Bazı teorisyenlerin söyledikleri gibi dördüncüsü olsaydı, radyasyon tarafı için evrenin başlangıçtaki enerji bütçesinden daha hızlı bir şekilde tükenecek bir miktar daha iddia ederdi. Bu da, standart kozmolojinin hazırladığı malzemelerin listesinden daha hızlı genişleyen erken bir evren anlamına gelecektir. Bu ayarlamayı bugüne hızlıca iletmek, iki ölçüyü aynı hizada getirir. Ancak nötrino dedektörleri dördüncü bir kanıt elde etmediler ve diğer Planck ölçümleri toplam fazla radyasyondan kaçındı.

Olası bir başka düzeltme ise, hayali karanlık enerji olarak adlandırılır. Mevcut kozmolojik modeller, karanlık enerji için sabit bir gücü varsaymaktadır. Koyu enerjinin zamanla biraz daha güçlenmesi halinde, evrenin neden erken evrene baktığından tahmin edebileceğinden daha hızlı genişlediğini açıklar. Ancak, University College London’da bulunan Planck astrofizikçi Hiranya Peiris gibi eleştirmenler, değişken koyu enerjinin “geçici ve yapay” olduğunu söylüyor. Ve yaptığı çalışma, yeni nötrino fizikinin de çalışmadığını gösteriyor. Şu anda, farklı tekniklerdeki kusurların yeni fizikten daha olası olduğunu söylüyor.

Şu anda alanın dekanı olan Freedman için, mücadelenin tek çözümü, yangınla evde yeni gözlemler yaparak savaşmaktır. O ve Madore, şimdi sadece cepheitlerle değil, diğer değişken yıldızlar ve parlak kırmızı devlerle de kalibre edilmiş ayrı bir ölçüm hazırlıyorlar; en yakın örnekleri incelemek için sadece 30 santimetrelik bir otomatik teleskop kullanıyorlar ve onları izlemek için Hubble ve Spitzer uzay teleskopları kullanıyorlar. Uzak galaksilerde. Karanlık ve fırtınalı Sandage’ı ele geçirirse, Riess ile ayakta durmaya ve Planck ekibinin küstah zorluğuna cevap vermeye hazır. “Mesaj, ‘Siz yanılıyorsunuz.’ Eh, belki, “diyor gülerek güle güle. “Göreceğiz.”

* Düzeltme, 9 Mart, 15:24:  Bu hikayenin önceki bir versiyonu, yerçekimi mercek tekniğinin galaksi kümesine dayandığını yanlışlıkla belirtti. Aslında, tek masif galaksiler kullanılır. 

Yayınlanan : sciencemag

DOI: 10.1126 / science.aal0877

Joshua Sokol

Hakkında Gazi Kanlioglu

1983 Gaziantep doğumlu olan Gazi Kanlıoğlu, Lise eğitiminin ardından İzmir 9 Eylül Üniversitesi "Sağlık Yönetimi Bölümü" mezunu olarak hayatına devam ediyor. Şuanda Gaziantep'te özel bir hastanede hizmet veren Gazi Kanlıoğlu, Sitemizin "Sağlık" Kategorisinde yazılar hazırlamaktadır. Mail: gazikanlioglu@batitrakyahaber.com - Adres : Güvenevler Mah. No: 125/A Şehitkamil/Gaziantep - Tel: +90 538 470 91 27

Bu habere de bakabilirisiniz

Yunanistan, İnternet Üzerinden Vergilendirme İsteyecek 10 AB Ülkesinden Gelecek

Yunanistan, Avrupa Komisyonu’na, Fransa tarafından önerilen karlarından ziyade, her bir AB devletindeki ciroları üzerine büyük ...

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir