Santa Barbara’daki okyanustan sadece birkaç adım uzaklıktaki bir odada, gökbilimciler ve fizikçiler sandalyelerinde huzursuzca yer değiştirdiler. Güneş ve deniz meltemleri işaretlendi, ancak bilim adamları fiziğin en büyük sorunlarından birini tartışmak için kendilerini gizlemişlerdi: evrenin ne kadar hızlı genişlediğini.
Patlayan yıldızlara veya süpernovalara dayanan tahminler, evrenin yaklaşık 13.8 milyar yıl önce Büyük Patlama’dan hemen sonra yayılan ışığın gösterdiği orandan yaklaşık yüzde 10 daha hızlı büyüdüğünü ileri sürdü. Şimdi, kuasar adı verilen parlak nesnelerin gözlemlerine dayanan bir ölçüm, sorunu beş sigma olarak bilinen istatistiksel bir ölçütün ötesine itti ve bu da sorunun ciddiye alınması gereken bir şey olduğunu gösterdi.
15 Temmuz’da odanın önünde, iki Nobel kazanan fizik titansı uygun alarm seviyesini tartıştı. Baltimore’daki Uzay Teleskop Bilim Enstitüsü’nden Kozmolog Adam Riess teorik parçacık fizikçisi David Gross’u sorguladı: Parçacık fizikçileri bu kadar büyük bir tutarsızlığa nasıl atıfta bulunacaklardı?
Kaliforniya, Santa Barbara’daki Kavli Teorik Fizik Enstitüsü’nden Gross, “Böyle bir şey bulsaydık… buna gerginlik ya da sorun olarak değil, kriz olarak adlandırırdık” dedi.
Toplantıdaki bilim adamları, genişleme tahminlerindeki farkı tanımlamak için hemen “kriz” kelimesini kabul ettiler. Ancak herkes sorunun gerçek olduğunu kabul etmiyor. Fizikçilerin mikrofon düşüşü versiyonunda, o akşam çevrimiçi olarak, anlatıya meydan okuyan bir çalışma ortaya çıktı. Süpernova tekniğinin yeni bir sürümü, erken evrenin ölçümleriyle tutarlı olan, evrenin genişlemesini ölçen parametre olan Hubble sabitinin bir değerini buldu. Yani – bir kriz mi yoksa henüz değil mi?
Bilim adamlarının evrenin ne içerdiğine ve zaman içinde nasıl geliştiğine ilişkin temel anlayışlarını içeren çok şey söz konusudur. Şimdiye kadar, standart kozmolojik model olarak bilinen bir teori, çok çeşitli kozmik gözlemleri açıklamayı başardı. Ancak evrenin genişlemesinin ölçümlerindeki tutarsızlık, modelin kendisinin büyük ölçüde değiştirilmesi gerektiği anlamına gelebilir.
CNRS’den teorik fizikçi Vivian Poulin ve Fransa’daki Laboratoire Univers ve Particules de Montpellier, çıkmaz deneysel hata ile açıklanamazsa, “bu, çok erken anlayamadığımız çok önemli bir şey olduğu anlamına gelir. Evren.” Bebek kozmosunda – farklı tipte karanlık enerji veya yeni atom altı parçacıklar gibi – bilinmeyen fenomenler meydana gelirse, bu evrenin nasıl evrimleştiğini anlamamızı değiştirebilir ve muhtemelen iki ölçümü tekrar aynı fikirde olabilir.
Genişleyen bir sorun
Evrenin şu anki genişlemesini ölçmek için bir teknik, kozmosun “bebek resmini” çekmek ve günümüze kadar tahmin etmektir. Bu bebek görüntüsü, Büyük Patlama’dan sadece 380.000 yıl sonra yayılan kozmik mikrodalga arka planıdır. Bu bilgileri günümüz evreninin genişleme oranına çevirmek için, bilim adamları bir tahmin yapmak için standart kozmolojik modeli kullanırlar.
Bu stratejiyi kullanarak, Planck deneyi olan bilim adamları, evrenin her megaparsek için saniyede 67,4 kilometre veya nesneler arasındaki yaklaşık 3 milyon ışıkyılı mesafede genişlediğini tahmin ediyorlar (SN: 3/21/15, p 7). Sayı anlaşmazlık için çok az kıpır kıpır boşluk bırakıyor: Deneysel hata sadece 0,5 km / s / Mpc.
Ancak süpernova ölçümleri, 1.4 km / s / Mpc’lik bir hata ile 74.0 km / s / Mpc’lik daha büyük bir genişleme oranına yerleşmiştir. Bu, iki tahmin arasında açıklanamaz bir boşluk bırakıyor. Şimdi Riess liderliğindeki süpernova projesinde çalışan SH0ES adlı kozmolog Daniel Scolnic, “topluluk bu sorunu çok ciddiye almaya başladı” diyor.
Planck ölçümündeki deneysel bir hatanın tutarsızlığı açıklayabilmesi pek olası değildir: Toplantıda Kaliforniya Üniversitesi’nden Kozmolog Lloyd Knox, toplantıda “Olası“ mevcut krizimizden çıkmanın olası bir yolu değil ”dedi. Ayrıca, erken evrendeki temeli olan başka bir teknik, baryon akustik salınımları olarak bilinen ses dalgalarının ölçümü – diğer ölçümlerle birleştirildiğinde – Planck sonucuyla aynı fikirde.
Bu nedenle endişeler, süpernova ölçümlerinin hesaplanmamış sistematik hatalar içermesi olasılığına odaklanmıştır – SH0ES tahminini daha büyük bir değere iten önyargılar. “Beni gece uyanık tutan şey, tek bir yöntem yaptığımızda bilmeyebileceğimiz sistematikler neler?” diyor Chicago Üniversitesi’nden kozmolog Wendy Freedman.
Freedman kontrol etmek için kendi üzerine aldı.
Mesafe sıkıntısı
Evrenin şu anda ne kadar hızlı genişlediğini ölçmek için, bilim adamlarının iki bilgi parçasını birleştirmeleri gerekiyor: uzak nesnelerin bizden ne kadar hızlı geri çekildiklerini ve ne kadar uzakta olduklarını. Birincisi nispeten kolaydır. Bilim adamları bir kırmızıya kayma, bir nesne tarafından yayılan ışığın dalga boylarının gerilmesini ararlar.
Mesafeleri ölçmek çok daha zordur. Gökbilimciler, tip 1a adı verilen bir süpernova çeşidinin patlamaları gibi tutarlı, ölçülebilir bir parlaklık yayan “standart mumlar” gök cisimlerini kullanırlar. Gerçek bir mumda olduğu gibi, bir nesnenin parlaklığı biliniyorsa, mesafeden dolayı ne kadar soluklaştığına göre ne kadar uzakta olduğunu belirleyebiliriz.
Mesafe ölçeğinin ayarlanması, uzak mesafedeki süpernovalara bir köprü olarak eşit parlaklıktaki yakındaki nesneleri kullanarak bir “mesafe merdiveni” gerektirir. Bu mesafe merdivenin bir basamağı olan SH0ES ekibi, Seheid olarak bilinen yıldızları kullanır ve bu parlaklık, bilim adamlarının genel parlaklıklarını tahmin etmelerini sağlayacak şekilde düzenli olarak değişir.
Önceki süpernova sonuçlarını kontrol etmek için Freedman o mesafe merdiveni fırlattı. Sefeidler yerine, o ve meslektaşları, hayatlarının belirli bir aşamasında, her yıldız için aynı olan maksimum parlaklığa ulaşan kırmızı dev denilen yıldızlar kullandılar. Sonuç “sıfırdan tamamen farklı” diyor Freedman.
Normalde durdurulamaz araştırmacıların toplanmasını sarsan iyi zamanlanmış, dramatik bir şekilde, Freedman ekibinin sonucunu toplantının ikinci gününde ve Astrofizik Dergisi’nde kabul edilen bir çalışmada açıkladı. Sonuç, SH0ES ile Planck arasındaki çelişkili tahminler arasında 69.8 km / s / Mpc’de düzensiz düştü. Sakin bir sıkılıkla Freedman, ekibinin sonucunun araştırmacıların duraklamasına neden olması gerektiğini söyleyerek bir kriz bildirimini geri iter (SN Online: 7/16/19).