Bilim tarihi, evrenin genişleme hızı arayışının 20. yüzyıl kozmolojisinin en büyük Kutsal Kâsesi olduğunu kaydedecektir. Uzayın genişlediğine, büzüldüğüne veya hareketsiz durduğuna dair herhangi bir gözlemsel kanıt olmadan, evrenin genişleyip genişlemediği konusunda hiçbir fikrimiz olmazdı. Dahası, onun yaşı hakkında da -ya da aslında evren sonsuz olsaydı- hiçbir fikrimiz olmazdı.
Bu vahyin ilk işareti, bir asır önce Amerikalı astronom Edwin Hubble‘ın galaksimiz Samanyolu dışında sayısız galaksiyi keşfettiği zaman geldi. Ve galaksiler hareketsiz durmuyordu. Hubble, bir galaksi ne kadar uzaksa bizden o kadar hızlı uzaklaşıyormuş gibi göründüğünü buldu. Bu, uzayın düzgün genişlemesi olarak yorumlanabilir. Bununla birlikte, tekdüze genişleyen bir evren fikrine hiçbir zaman tam olarak ikna olmadı. Ölçümlerinin, evrende daha tuhaf bir şeyin olup bittiğinin kanıtı olabileceğinden şüpheleniyordu.
Hubble’dan sonraki on yıllar boyunca, gökbilimciler, evrenin gerçek yaşını verecek olan genişleme oranını tespit etmeye çalıştılar.
Bu, gökbilimcilerin içsel parlaklıklarına makul bir güven duydukları kaynaklardan bir araya getirilmiş bir dizi kozmik mesafe merdiveni inşa etmeyi gerektiriyordu. En parlak ve dolayısıyla en uzak tespit edilebilir kilometre taşları Tip Ia süpernovalardır.
(Tip Ia Süpernova: Ortak merkez çevresinde dolanan iki beyaz cüceden biri patlar. Patlamaya neden olan etki iki farklı modelle anlatılmaktadır. Modellerden birine göre patlamanın nedeni iki beyaz cücenin birleşmesidir. Diğer modelde ise çiftlerden biri güneş benzeri bir yıldız olup beyaz cüceye madde kaptırmaktadır. Beyaz cüce çevresinde oluşan madde diski cüce yıldızın merkezindeki sıcaklığını ve basıncını arttırır. Ve müthiş bir patlama oluşur – İ.V.)
1990’da Hubble Uzay Teleskobu fırlatıldığında, evrenin genişleme hızı o kadar belirsizdi ki evrenin yaşı sadece 8 milyar yıl veya 20 milyar yıl kadar olabilirdi.
Hubble Teleskobunun olağanüstü gözlem gücünü kullanan 30 yıllık titiz çalışmanın ardından, çok sayıda gökbilimci ekibi genişleme oranını %1’in biraz üzerinde bir hassasiyete daralttı. Bu, oran evrenin 10 milyar yıl içinde iki katına çıkacağını tahmin etmek için kullanılabilir.
Ölçüm, Hubble’ın beklenen kapasitesinden yaklaşık sekiz kat daha hassas.
Ancak kozmologlar için bir sayıyı rafine etmekten daha fazlası hâline geldi. Bu arada, evreni birbirinden ayıran karanlık enerjinin gizemi keşfedildi. İşleri daha da karmaşık hâle getirmek için, mevcut genişleme hızı, evrenin büyük patlamadan kısa bir süre sonra ortaya çıkmasıyla olması beklenenden farklıdır.
Bunun gökbilimcileri hayâl kırıklığına uğratacağını düşünüyorsunuz, ancak bunun yerine yeni fiziği keşfetmeye ve evrenin temel işleyişi hakkında beklenmedik sorularla yüzleşmeye kapı açıyor. Ve son olarak, bize yıldızlar arasında öğrenecek daha çok şeyimiz olduğunu hatırlatıyor.
Yaklaşık 30 yıllık bir maratonu tamamlayan NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu, bilim adamlarının evrenin genişleme oranını tam olarak ölçmelerine yardımcı olmak için 40’tan fazla mihenk taşını kalibre etti.
Evrenin genişleme hızı arayışı 1920’lerde gökbilimciler Edwin P. Hubble ve Georges Lemaître tarafından yapılan ölçümlerle başladı. 1998’de bu, evrenin genişlemesini hızlandıran gizemli bir itici güç olan “karanlık enerji”nin keşfine yol açtı. Son yıllarda, Hubble ve diğer teleskoplardan elde edilen veriler sayesinde, gökbilimciler başka bir bükülme buldular: yerel evrende ölçülen genişleme hızı ile büyük patlamadan hemen sonra yapılan ve farklı bir genişleme değeri öngören bağımsız gözlemler arasında bir tutarsızlık.
Bu tutarsızlığın nedeni bir sır olarak kalıyor.
Ancak mesafe belirteçleri olarak hizmet eden çeşitli kozmik nesneleri kapsayan Hubble verileri, muhtemelen yepyeni fiziği içeren garip bir şeyin olduğu fikrini desteklemektedir.
Maryland, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden (STScI) Nobel Ödüllü Adam Riess, “Evrenin genişleme hızının en kesin ölçüsünü teleskopların ve kozmik mihenk taşlarının altın standardından alıyorsunuz” diyor.
Riess, Karanlık Enerjinin Durumu Denklemi için Süpernova, H 0 anlamına gelen SHOES adlı evrenin genişleme oranını araştıran bilimsel bir işbirliğine öncülük ediyor. Riess, “Hubble Uzay Teleskobu bunu yapmak için bildiğimiz en iyi teknikleri kullanarak inşa edildi. Bu muhtemelen Hubble’ın baş yapıtıdır çünkü Hubble’ın ömrünün bu örnek boyutunu ikiye katlaması 30 yıl daha alacaktır” dedi.
Yeni sonuçlar, önceki kozmik mesafe işaretleri örneğinin iki katından fazla. Ekip ayrıca önceki tüm verileri yeniden analiz etti ve tüm veri seti artık 1.000’den fazla Hubble yörüngesini içeriyor.
NASA 1970’lerde büyük bir uzay teleskopu tasarladığında, masraf ve olağanüstü teknik çabanın başlıca gerekçelerinden biri, Samanyolu ve dış galaksilerde görülen, periyodik olarak parlayan ve kararan yıldızlar olan Sefeidleri çözebilmekti. Sefeidler, 1912’de astronom Henrietta Swan Leavitt tarafından faydalı oldukları keşfedildiğinden beri, uzun zamandır kozmik mil belirteçlerinin altın standardı olmuştur. Gökbilimciler, çok daha büyük mesafeleri hesaplamak için Tip Ia Süpernova adı verilen patlayan yıldızları kullanırlar.
Kombine olarak bu nesneler evren boyunca bir “kozmik mesafe merdiveni” oluşturdu ve Edwin Hubble’dan sonra Hubble sabiti olarak adlandırılan evrenin genişleme oranını ölçmek için gerekli bu değer, evrenin yaşını tahmin etmek için kritik öneme sahiptir ve evreni anlamamızın temel bir testini sağlar.
Hubble’ın 1990’da piyasaya sürülmesinden hemen sonra başlayarak Hubble sabitini iyileştirmek için Sefeid yıldızlarının ilk gözlemleri iki ekip tarafından yapıldı:
Wendy Freedman, Robert Kennicutt ve Jeremy Mould, Marc Aaronson ve bir diğeri Allan Sandage tarafından yönetilen HST Anahtar Projesi ve diğerleri. Yakın galaksilere olan mesafe ölçümünü hassaslaştırmak için Sefeidleri kilometre noktası belirteçleri olarak kullanandlar. 2000’lerin başında ekipler, Hubble sabiti için yüzde 10, megaparsec (Parsek Güneş Sistemi dışındaki astronomik nesnelere olan büyük mesafeleri ölçmek için kullanılan bir uzunluk birimidir, yaklaşık olarak bir parsek 3,26 ışık yılına karşılık gelmektedir. – İ.V) başına saniyede 72 artı veya eksi 8 kilometre hassasiyete ulaşarak “görevin tamamlandığını” ilan ettiler.
2005’te ve yine 2009’da, Hubble teleskobundaki güçlü yeni kameraların eklenmesi, Hubble sürekli araştırmasının “2. Nesil”ini başlattı çünkü ekipler değeri yalnızca yüzde bir doğrulukla hassaslaştırmak için yola çıktı. SHOES programı dahil olmak üzere Hubble’ı kullanan birkaç gök bilimci ekibi, megaparsec başına saniyede 73 artı veya eksi 1 kilometrelik bir Hubble sabit değerinde birleşti. Hubble sabiti sorusunu araştırmak için başka yaklaşımlar kullanılırken farklı ekipler aynı sayıya yakın değerler bulmuşlardır.
SHOES ekibi, Johns Hopkins Üniversitesi’nden Dr. Wenlong Yuan, Texas A&M Üniversitesi’nden Dr. Lucas Macri, STScI’den Dr. Stefano Casertano ve Duke Üniversitesi’nden Dr. Dan Scolnic’ten oluşmaktadır. Proje, evrenin başlangıcından arta kalan kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun incelenmesinden elde edilen Hubble sabitinin kesinliğini eşleştirerek evreni parantez içine alacak şekilde tasarlandı.
“Hubble sabiti çok özel bir sayı. Evreni anlamamızı uçtan uca test etmek için geçmişten günümüze bir iğneye iplik geçirmek için kullanılabilir. Bu, olağanüstü miktarda ayrıntılı çalışma gerektirdi” diyor ICREA ve Barselona ICC Üniversitesi’nde kozmolog olan Dr. Licia Verde.
Ekip, Hubble ile 42 süpernova kilometre noktası işaretçisini ölçtü. Yılda yaklaşık bir oranında patladıkları görüldüğünden, Hubble, tüm pratik amaçlar için, evrenin genişlemesini ölçmek için mümkün olduğu kadar çok süpernova kaydetmiştir. Riess, “Son 40 yılda görülen Hubble teleskobunun erişebildiği tüm süpernovaların eksiksiz bir örneğine sahibiz” diyor.
Garip Fizik?
Evrenin genişleme hızının, Hubble’ın gerçekte gördüğünden daha yavaş olduğu tahmin ediliyordu. Gökbilimciler, Evrenin Standart Kozmolojik Modelini ve Avrupa Uzay Ajansı’nın Planck misyonu (13,8 milyar yıl önceki kalıntı kozmik mikrodalga arka planını gözlemledi) tarafından yapılan ölçümleri birleştirerek, Hubble sabiti için daha düşük bir değer öngörüyor: 67,5 artı veya eksi 0,5 kilometre başına SHOES ekibinin tahmini 73 ile karşılaştırıldığında megaparsec başına saniye.
Fizikte bir problemi ciddiye almak için ortak bir eşik olan Riess, büyük Hubble örnek boyutu göz önüne alındığında, şanssız bir beraberlik nedeniyle astronomların yanlış olma ihtimalinin milyonda bir olduğunu söyledi. Bu bulgu, evrenin dinamik evriminin güzel ve düzenli bir resmi hâline gelen şeyi çözüyor. Gökbilimciler, yerel evrenin genişleme hızı ile ilkel evren arasındaki bağlantısızlığın bir açıklamasını yapamıyorlar, ancak cevap, evrenin ek fiziğini içerebilir.
Bu tür kafa karıştırıcı bulgular, Riess gibi kozmologlar için hayatı daha heyecanlı hâle getirdi. Otuz yıl önce evreni kıyaslamak için Hubble sabitini ölçmeye başladılar, ancak şimdi daha da ilginç bir şey hâline geldi. Riess, “Aslında, genişleme değerinin özel olarak ne olduğu umurumda değil, ancak bunu evren hakkında bilgi edinmek için kullanmayı seviyorum” diye ekledi.
NASA’nın yeni Webb Uzay Teleskobu, bu kozmik dönüm noktası işaretçilerini Hubble’ın görebildiğinden daha uzak mesafelerde veya daha keskin çözünürlükte göstererek Hubble’ın çalışmalarını genişletecek.
İlhan Vardar
Kaynak:
NASA, ESA, STScI Sürüm Kimliği: 2022-005
No Comments