Evrenin genişleme hızı 'belaya batmış' görünüyor

Carnegie Üniversitesi

Carnegie ve Chicago Üniversitesi’nden görevlilerin oluşturduğu bir araştırma grubu, evrenin ne denli hızlı genişlediğiyle ilgili yepyeni bir ölçüm yapmak için Hubble Uzay Teleskopu tarafından gözlemlenen kırmızı dev yıldızları kullandı ve ardından kendilerini hararetli bir tartışmanın içine attılar. Araştırmanın –daha önce dile getirilen ve iki rakip değer arasında bir yere denk düşen- ayrıntılı sonuçları ‘The Astrophysical Journal’ adlı dergide yayınlanacak.

Yaklaşık bir asır önce, Carnegie’de çalışan gökbilimci Edwin Hubble, evrenin Büyük Patlama’yla birlikte ortaya çıkmasından beridir sürekli biçimde büyüdüğünü keşfetti. Öte yandan, tam olarak hangi hızla hareket ettiği –keşfin şerefine ‘Hubble Sabiti’ diye adlandırılan bir değer- ısrarla belirsizliğini korudu.

UZLAŞILAMAYAN ‘HUBBLE SABİTİ’

Hubble Sabiti, bilim insanlarının evrenin geçmişini ve yapısını ortaya çıkarmalarına yardımcı oldu ve bu değerle ilgili yapılacak doğru bir ölçüm, bu hakim modeldeki herhangi bir hatayı gözler önüne serebilir.

Mesleğine Carnegie Üniversitesi’nde başlayıp şimdi Chicago Üniversitesi’nde görevli olan araştırma başyazarı Wendy Freedman, “Hubble Sabiti, evrenin mutlak ölçeğini, boyutunu ve yaşını tespit eden kozmolojik bir parametre; bu sabit, evrenin nasıl geliştiğini ölçmenin en doğrudan yollarından biri,” diyor.

Bugüne dek, evrenin genişleme oranını ölçmek amacıyla kullandığımız iki temel araç mevcuttu. Maalesef iki yöntemin ulaştığı sonuçlar aynı değil ve her iki taraf da git gide daha hassas okumalar yapıyor olsa da iki sayı arasındaki uyuşmazlık sürüyor. Bununla beraber, iki değer arasındaki farkın, yöntemlerden biri ya da her ikisindeki sistem temelli hatalardan kaynaklanıyor olması ve araştırma ekibini yeni tekniklerini geliştirmeleri için teşvik etmesi mümkün görünüyor.

Carnegie grubuna yol gösteren yöntem, düzenli aralıklarla titreşen ‘Sefeid’ adı verilen yıldızları kullanıyor. Yıldızların (tıpkı kalbimizde olduğu gibi) nabız hızlarının (parlayıp-sönme aralığının) kendi iç parlaklıklarıyla bağlantılı olduğu bilindiği için, gökbilimciler Dünya’ya olan uzaklıklarını ölçmek amacıyla parlaklıklarını ve nabız atışları arasında geçen süreyi kullanabiliyorlar.

SEFEİDLERİN NABIZ ATIŞI DÜĞÜMÜ ÇÖZECEK Mİ?

Makalenin ortak yazarlarından Carnegie’de görevli Barry Madore “Uzaklardan baktığımız iki zil aynı gibi görünebilir; fakat onların seslerini dinlemek, birinin çok daha büyük ve uzakta, diğerininse daha küçük ve yakında olduğunu ortaya çıkarabilir,” diyor. “Aynı biçimde, uzaktaki Sefeidlerin ne oranda parladığını ve yakındaki Sefeidlerin parlaklığına kıyasla nasıl göründüğünü karşılaştırmak, yıldızların parçası olduğu ev sahibi galaksilerin Dünya’dan ne kadar uzakta olduğunu tespit etmemizi sağlar.”

Bir kez gökcisminin mesafesini anladığımızda, bizden hangi hızla uzaklaştığının ölçülmesi, evrenin genişleme hızını da açığa çıkarır. Bu iki değerin oranı -mesafeye bölünen hız- ise bizlere Hubble Sabiti’ni verir.

İkinci yöntem, Büyük Patlama’dan geriye kalan son parlamayı kullanır. ‘Kozmik arka plan radyasyonu’ denilen bu şey, görebildiğimiz en eski ışığın kalıntısıdır. Bebek evreninin içinde bulunduğu yoğun, çorba kıvamındaki plazmada sıkıştırma kalıpları hâlâ hafif düzeyde ısı değişimleri halinde görülebilir ve haritalandırılabilir. Evrenin ilk birkaç dakikasını belgeleyen bu ısı dalgalanmaları, bir model aracılığıyla zamanda ilerletilebilir ve günümüzde Hubble Sabiti’ni tahmin etmek amacıyla kullanılabilir.

Eski teknik, evrenin genişleme oranının, megaparsek* başına saniyede 74.0 kilometre olduğunu öne sürüyor; ikinci teknik ise 67.4 olduğunu ifade ediyor. Eğer bu gerçekse, tutarsızlık hali fizik alanında yeni bir yaklaşımının habercisi olabilir.

Üçüncü seçeneği deneyin.

YENİ YÖNTEM NE DİYOR?

Freedman öncülüğünde araştırmalarını sürdüren ve Carnegie Üniversitesi gökbilimcileri Barry Madore, Christopher Burns, Mark Phillips, Jeff Rich ve Mark Seibert’i de içeren Carnegie-Chicago Hubble Programı grubu ve ayrıca Carnegie ve Princeton Üniversitelerinde öğretim üyesi olan Rachael Beaton, birlikte Hubble Sabiti’ni hesaplamak doğrultusunda yeni bir yöntem geliştirdiler.

Kullandıkları teknik, ‘kırmızı dev’ adı verilen aşırı parlak bir yıldız türüne odaklanıyor. Bu yıldızların içerdiği helyum, hayat döngülerinin belirli bir aşamasında tutuşur ve bu yeni enerji kaynağı tarafından yıldızların yapıları çekirdek kısmında yeniden düzenlenir.

Madore, “Bir dalgıçkuşunun çığlığının diğer kuş cıvıltıları arasında hemen fark edilebilir olması gibi, bizim durumumuzda kırmızı bir devin tepe noktadaki parlaklığı da kolayca fark edilebilir,” diyor. “Bu halleri onları kusursuz ‘standart mumlar’** haline getiriyor.”

Araştırma grubu, yakınlarda bulunan galaksilerdeki kırmızı devleri aramak için Hubble Uzay Teleskopu’nun hassas kameralarını kullandı.

Burns, “Bunu, helyum patlaması yaşayan en parlak kırmızı deve benzer biçimde, en uzun boylu kişiyi tanımlamak amacıyla bir kalabalığı taramak gibi farz edin,” diyor. “Herhangi bir odada bulunan en uzun boylu kişinin tam olarak hangi uzunlukta olduğunu bildiğiniz bir dünyada yaşıyorsanız, -en parlak kırmızı devin parlaklığının tepe noktasının da benzer olduğunu varsayarsak- sahip olduğumuz bilgiyi bizden ne kadar uzakta olduğunu tespit etmek için kullanabilirsiniz.”

HUBBLE SABİTİ İÇİN YENİ BİR DEĞERE ULAŞILDI

Yıldızların parlaklıklarına ve renklerine göre dağılımını gösterirken “Kırmızı Dev Dalının Zirvesi” olarak adlandırılanın kavramı da görselleştiren bir çalışma. Görsel: Meredith Durbin.

Bu yeni keşfedilen kırmızı devlerle aramızdaki mesafeyi öğrenmemizin ardından, Hubble Sabiti, kırmızı devlerin bize olan yakınlığının yol açtığı belirsizliği azaltmak ve daha uzak Hubble verilerine erişmemizi sağlamak amacıyla, diğer bir standart mum tipi olan ‘IA Süpernova’ yardımıyla hesaplanabilir.

Kırmızı dev yöntemine göre, evrenin genişleme oranı 69.8’dir ve kışkırtıcı bir biçimde daha önce belirlenmiş olan iki sayının arasında bir yere denk düşer.

Madore, “Bu, eskilerin meşhur ‘Seninle Arada Sıkışıp Kaldık’*** adlı şarkısına benziyor” diye şaka yapıyor. “Peki, gökbilim alanında bir kriz mi var? Biz var olan eşitliği bozan taraf olmayı umuyorduk ama şimdilik cevabımız şu olacak: O kadar çabuk değil. Evrenin standart modelinin tamamlanıp tamamlanmadığı sorusu henüz yanıtlanmaya devam ediyor.”

Araştırmanın finansmanı, NASA aracılığıyla Astronomi Araştırmaları yapan Üniversiteler Birliği tarafından işletilen Uzay Teleskopu Bilim Enstitüsü’nden sunulan bir hibeyle sağlandı: Diğer katılımcılar ABD Ulusal Bilim Vakfı, Kore Hükümeti tarafından finanse edilen Kore Ulusal Araştırma Vakfı, Hubble verilerini paylaşan NASA, Carnegie Bilim Kurumu ve Chicago Üniversitesi oldu.

Bu çalışma için kullanılan bilgi-işlem kaynakları, Ahmanson Vakfı’ndan yapılan bir hibeyle mümkün oldu. Araştırma, NASA ile yapılan sözleşme kapsamında Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’nün Jet İtiş Laboratuvarı tarafından işletilen NASA / IPAC Extragalaktik veri tabanından faydalandı. Bu makalede sunulan kimi verilerse Mikulski Uzay Teleskopları arşivinden elde edildi.

*1 Parsek, Dünya ile Güneş arasındaki mesafenin 206.264 katına, ayrıca 3.26 ışık yılına eşit bir uzunluk ölçüsüdür. 1 Mesagaparsek, bu mesafenin 1000 katıdır.

**Astronomide standart mum, gözlemlenen parlaklıklarını bilinen parlaklıklarıyla karşılaştırarak mesafeleri hesaplanabilen gökcismi sınıfına verilen addır. ‘Sefeid’ adlı değişken yıldızlar standart mumlar olarak kullanılır; zira nabız atım (parlayıp sönme) süreleri bilinen bir şekilde parlaklıklarıyla bağlantılıdır.

***Makalede bahsi geçen şarkı: Stealers Wheel - Stuck In The Middle With You.

**** Yazının aslı Carnegie Science sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)