Evren her saniye büyüyor. Galaksiler arasındaki boşluk, fırında kabaran hamur gibi uzar. Fakat evren ne kadar hızlı büyüyor? Hubble ve diğer teleskoplar bu soruyu cevaplamaya çalıştıkça, bilim insanlarının tahmin ettiği ile gözlemledikleri arasında ilginç bir farkla karşılaştılar.
Hubble ölçümleri; modern evrende beklenenden daha hızlı bir genişleme oranını göstermektedir. (Evrenin 13 milyar yıldan daha önce nasıl ortaya çıktığına bağlı olarak…) İlk evrenin bu ölçümleri; Avrupa Uzay Ajansı’nın (European Space Agency, ESA) Planck Uydusu’ndan geliyor. Bu tutarsızlık bilimsel makalelerde son birkaç yıl içinde tanımlanmıştır. Ancak ölçüm tekniklerindeki farklılıkların sonuçlanıp, sonuçlanmadığı veya farkın şanssız ölçümlerden kaynaklanıp kaynaklanmadığı açık değildir.
En son Hubble verileri; tutarsızlığın 100.000’de yalnızca 1’e eşit olma olasılığını azaltır. Bu, daha önceki bir tahminden; bir yıldan daha az bir sürede, 3.000’de 1 şansının önemli bir ilerlemesidir. Bugüne kadar yapılan en hassas Hubble ölçümleri; uyuşmazlığı açıklamak için yeni fizik gerekebileceği fikrini desteklemektedir.
Lider araştırmacı ve Nobel ödüllü Uzay Teleskopu Bilim Enstitüsü’nün (STScI) ve Johns Hopkins Üniversitesi’nden Adam Riess: “Erken ve geç evren arasındaki Hubble gerilimi; kozmolojideki en heyecan verici gelişme olabilir.”
“Kozmik Mesafe Merdiveni”
Bilim insanları, evrendeki şeylerin ne kadar uzakta olduğunu belirlemek için bir “Kozmik Mesafe Merdiveni” kullanır. Bu yöntem, yakındaki galaksilerdeki mesafelerin doğru bir şekilde ölçülmesine ve daha sonra yıldızlarını en uzak işaretleyiciler olarak kullanarak daha uzağa gitmeye bağlıdır. Astronomlar; kozmosun Hubble Sabiti olarak bilinen bir değerle, zamanla ne kadar hızlı genişlediğini hesaplamak için, eski evrenden geçerken, azalan galaksilerin ışığının diğer ölçümleriyle birlikte bu değerleri kullanır. Riess ve SH0ES (Supernovae H0 for the Equation of State) ekibi 2005’ten bu yana Hubble ile yapılan bu mesafe ölçümlerini iyileştirmek ve Hubble sabitine ince ayar yapmak için çalışıyorlar.
Bu yeni çalışmada, gökbilimciler; Hubble’ı Büyük Macellan Bulutu’nda Sefeid Değişkenleri* (Cepheid variables-CV) olarak adlandırılan 70 titreşen yıldızı gözlemlemek için kullandılar. Gözlemler astronomların süpernovaların galaktik konaklarında bu Sefeidler (Cepheid) ve daha uzaktaki kuzenleri arasındaki karşılaştırmayı geliştirerek mesafe merdivenini “yeniden inşa etmelerine” yardımcı oldu. Riess’in ekibi Hubble sabit değerindeki belirsizliği % 2,2’lik önceki tahminden, % 1,9’a indirdi.
Takımın ölçümleri daha kesinleştikçe; Hubble Sabiti’ni hesaplamaları, erken evrenin genişlemesinin gözlemlerinden elde edilen beklenen değer ile aynı oranlarda kaldı. Bu ölçümler, büyük patlamadan sonra 380.000 yıldan kalma bir kalıntı olan kozmik mikrodalga fonu haritalayan Planck tarafından yapıldı.
Ölçümler iyice incelendi, bu nedenle astronomlar; şu anda herhangi bir tek ölçüm veya yöntemdeki bir hatadan dolayı; iki sonuç arasındaki boşluğu göz ardı edemezler. Her iki değer de çoklu yollarla test edilmiştir.
Yeni Çalışma Nasıl Yapıldı?
Gökbilimciler; bir asırdan fazla bir süredir yakındaki galaksiler arası mesafeleri ölçmek için Sefeid Değişkenleri’ni kozmik temel olarak kullanıyorlar. Ancak, bu yıldızlardan oluşan demeti hasat etmeye çalışmak, neredeyse mümkün olmayacak kadar zaman alıcıydı. Bu yüzden, ekip; DASH (Drift And Shift) adlı akıllıca yeni bir yöntem kullandı. Hubble’ı son derece parlak titreşimli yıldızların hızlı görüntülerini yakalamak için, “göster ve çek” kamerası olarak kullandı.
STScI ve Johns Hopkins’den Takım Üyesi Stefano Casertano: “Hubble; kılavuz yıldızlara kilitlenerek hassas işaretleme kullandığında, dünyadaki her 90 dakikalık Hubble yörüngesinde yalnızca bir Sefeid gözlemleyebilir. Bu nedenle teleskopun her Sefeid’i gözlemlemesi çok maliyetli olacaktır. Bunun yerine, teleskop işaretini yeniden ayarlamadan, aralarında hareket edebileceğimiz kadar birbirine yaklaşan Sefeid grupları aradık. Bu Sefeidler çok parlak, sadece iki saniye gözlemlememiz gerekiyor. Bu teknik, gözlemlememize izin veriyor. Bir yörünge boyunca düzinelerce Sefeidler… Biz jiroskop kontrolünde kalıyoruz ve ‘DASHing’i çok hızlı tutuyoruz.”
Hubble gökbilimcileri daha sonra sonuçlarını Şili, ABD ve Avrupa’daki kurumlardan gökbilimciler arasındaki işbirliği olan, Araucaria Projesi tarafından yapılan, başka bir gözlem seti ile birleştirdi. Bu grup; ikili yıldız sistemlerinde tutulmakta olan bir yıldızın eşinin önüne geçerken ışığın kısıldığını gözlemleyerek Büyük Macellan Bulutu’n da mesafe ölçümleri yaptı.
Kombine ölçümler, SH0ES ekibinin Sefeidlerin gerçek parlaklığını artırmasına yardımcı oldu. Daha kesin sonuçla, ekip uzaya daha derinlemesine uzanan “mesafe merdiveni”nin geri kalanının cıvatalarını “sıkılabildi.”
Hubble Sabiti’nin yeni tahmini her megaparsec için saniyede 74 kilometredir. Bu, galaksinin bizden uzakta olduğu her 3,3 milyon ışıkyılı boyunca, evrenin genişlemesi sonucunda saniyede 74 kilometre hızla ilerliyor gibi görünüyor. Sayı; evrenin, şu anki evren anlayışımızla birleştiğinde, Planck’ın erken evren hakkındaki gözlemlerindeki verilere göre, megaparsec başına saniyede 67 kilometre (41.6 mil) tahmininden % 9 daha hızlı bir oranda genişlediğini gösteriyor.
Peki, Bu Tutarsızlığı Ne Açıklayabilir?
Açıklamalardan biri; şu anda evrenin içeriğinin % 70’ini oluşturduğu düşünülen genç evrende beklenmedik bir karanlık enerji görünümü içeriyor. Johns Hopkins’teki gökbilimciler tarafından önerilen teoriye “Erken Karanlık Enerji” adı verildi ve evrenin üç perdeli bir oyun gibi geliştiğini öne sürüyor.
Astronomlar, büyük patlamanın ardından ilk saniyeler içinde karanlık enerjinin var olduğunu ve maddeyi uzaya iterek, ilk genişlemeye başladığını varsaydılar. Karanlık enerji; aynı zamanda evrenin bugün hızlanan genişlemesinin nedeni olabilir. Yeni teori; evrimi astronomların tahmin ettiğinden daha hızlı genişleten, büyük patlamadan kısa bir süre sonra üçüncü bir karanlık-enerji bölümünün olduğunu öne sürüyor. Riess; bu “erken karanlık enerjinin” varlığının, iki Hubble Sabiti arasındaki gerilimi açıklayabileceğini söyledi.
Başka bir fikir; evrenin ışık hızına yakın seyahat eden yeni bir atom altı parçacık içermesidir. Bu hızlı parçacıklar topluca “Karanlık Radyasyon” olarak adlandırılır. Nükleer reaksiyonlarda ve radyoaktif bozulmalarda oluşan nötrinolar gibi, önceden bilinen parçacıkları içerir.
Yine bir başka cazip olasılık; karanlık maddenin,** normal maddeden veya radyasyonla daha önce tahmin edilenden daha güçlü etkileşime girmesidir.
Riess’in bu rahatsız edici soruna bir cevabı yoktur, ancak ekibi Hubble Sabiti’ndeki belirsizlikleri azaltmak için, Hubble’ı kullanmaya devam edecektir. Amaçları, astronomların tutarsızlığın nedenini belirlemesine yardımcı olması gereken belirsizliği % 1’e düşürmektir.
*Sefeid Değişken Yıldızları (Cepheid variables-CV) : Radyal olarak titreşen, hem çap hem de sıcaklıkta değişen ve iyi tanımlanmış kararlı bir periyot ve genlik ile parlaklıkta değişiklikler üreten bir yıldız türüdür.
**Karanlık Madde: Protonlardan, nötronlardan ve elektronlardan oluşmayan görünmez bir madde formudur.