Evren gerçekten sonsuz mu? Astrofizikçiler açıklıyor

[™ Admin]

Evren gerçekten sonsuz mu? Astrofizikçiler açıklıyor

Dünya'daki, güneş sistemimizdeki, galaksimizdeki ve ötesindeki her şey evrenin içinde yer alır. Peki bilim bize tüm uzay-zamanı barındıran her şeyi kapsayan dört boyutlu beşik hakkında ne kadar bilgi veriyor? Çok.

Kültürler ve yüzyıllar boyunca filozoflar, matematikçiler ve gökbilimciler uzun zamandır gece gökyüzü hakkında tartışıyor ve teoriler üretiyorlar. Ancak 1920'lerin başında, Henrietta Swan Leavitt ve diğerlerinin çalışmalarına dayanarak gökbilimci Edwin Hubble, teleskoplarla görülebilen dönen kümelerin aslında bizim Samanyolu'muza benzer uzak galaksiler olduğuna dair ilk net kanıtı üretti. Titreşen, Cepheid değişken yıldızları gibi uzay özelliklerinin ayrıntılı, uzun pozlama görüntülerini yakalayarak Hubble, Andromeda Bulutsusu ve diğerlerinin gerçek doğasını doğruladı. Bunlar sadece yakındaki gaz bulutları değil, aynı zamanda dünyaların ve yıldızların uzak adalarıydı.

O zamandan bu yana geçen yüzyılda, uzayı daha net ve daha uzağı görme yeteneğimiz önemli ölçüde gelişti. James Webb Uzay Teleskobu (JWST), şimdiye kadar fırlatılan en gelişmiş teleskoptur ve düzenli olarak evrenin dört bir yanından olağanüstü görüntüler sağlar. Uzay teleskoplarından ve diğer araçlardan gelen verileri kullanan gökbilimciler, kozmologlar ve astrofizikçiler, evrenin şekli, değişim hızı ve karakteri hakkında birçok şeyi çıkarsayıp tahmin edebilirler. İşte bildiklerimiz ve bilmediklerimiz.

Evren ne kadar büyük?

Hayal kırıklığını hemen ortadan kaldıralım: Avustralya'daki Swinburne Teknoloji Üniversitesi'nde astrofizikçi olan Sara Webb, Popular Science'a "Evrenin ne kadar büyük olduğunu fiziksel olarak, kesinlikle hiçbir zaman bilemeyiz" diyor.

Ancak, evrenin 93 milyar ışık yılından daha büyük olduğunu biliyoruz. Bu, kendimizi merkezinde bulduğumuz "gözlemlenebilir evrenin" küresinin çapıdır. Yıldızlara bakma ve onları ölçme yeteneğimiz evrenin yaşı ve ışık hızıyla sınırlıdır. Görebildiğimiz tek ışık, yaklaşık 13,8 milyar yıl önce gerçekleşen büyük patlamadan bu yana bize ulaşabilen ışıktır. Bu nedenle, 13,8 milyar ışık yılı yol kat eden ışık görebildiğimiz en eski ışıktır.

Ancak, gözlemlenebilir evren her yönde 13,8 milyar ışık yılından daha uzağa uzanır çünkü uzay var olduğu sürece aynı zamanda genişlemektedir. Bu genişleme, 13,8 milyar yıl önceki ışığın gözlerimize ve teleskoplarımıza ulaşmak için aslında 46,5 milyar ışık yılı yol kat ettiği anlamına gelir.

Webb, "Bu, teoride, hepsini topladığımızda uzayın aslında ışık hızından daha hızlı genişlediği anlamına gelir - ki bu kavramsal olarak beyninizi gerçekten incitir," diyor. "Uzay ve zamanın hiçliği, madde ve fiziksel şeyler için geçerli yasalara gerçekten uymuyor."

Ve evrenin toplam büyüklüğüne dair kesin bir kanıtımız olmasa da, Webb evrenin muhtemelen sonsuz olduğunu düşünüyor. "Sınırlı olması için hiçbir neden yok. Burada veya orada bir kenar olması için hiçbir neden yok," diyor.

Kenarların varlığı bir soru işareti olmaya devam ediyor, ancak astrofizikçiler evrenin şekli konusunda genel olarak hemfikir: düz, ancak belki de hayal ettiğiniz şekilde değil. Düz, evrenimizin iki boyutlu olduğu anlamına gelmez (sonuçta uzay-zaman 4B'de var olur). Ancak, evrende yön değiştirmeden ileriye doğru seyahat etmenin sizi asla başladığınız yere geri götürmeyeceği anlamına gelir. Webb, evrenin bir çörek, bir küre veya bir Pringle yerine büyük olasılıkla dört boyutlu bir kağıt parçası olduğunu söylüyor.

Evrenin genişlediğini nasıl bilebiliriz?

Uzak yıldızlardan gelen ışıkla ilgili teorileri ve ölçümleri kullanarak, 1900'lerin başında birden fazla gökbilimci evrenin genişlediğini öne sürdü. 1924'te İsveçli gökbilimci Knut Lundmark, evrenin genişlemesine dair ilk gözlemsel kanıtı buldu. Hubble'ın çalışması bu bulguları 1929'da doğruladı. Bu erken gözlemler, doppler etkisinin görsel versiyonu olan kırmızıya kayma adı verilen bir olguya dayanıyordu.

Geçen bir ambulans sireninden gelen ses dalgalarının, araçların konumu ve hızıyla nasıl değiştiğini düşünün: yaklaşırken daha yüksek, ambulans uzaklaşırken daha düşük ses çıkarır. Benzer şekilde, ışık dalgalarına ilişkin algımız da ışıkların hareketinden ve hızından etkilenir. Size doğru gelen bir ışık daha mavi görünür ve uzaklaşan bir ışık, dalganın tepeleri ve çukurları sırasıyla sıkıştırılıp gerildiğinden daha kırmızı görünür.

Hubble ve diğerleri, keşfettikleri galaksilerin hepsinin Dünya'dan kırmızı göründüğünü, daha uzak galaksilerin en büyük kırmızıya kaymayı sergilediğini belirtti. Bu, tüm galaksilerin bizden uzaklaştığını gösteriyor. Daha uzak galaksiler, aramızda genişleyecek daha fazla hiçlik olduğu için uzaya daha hızlı uzaklaşıyor gibi görünüyor.

Kırmızıya kayma gözlemlerine ek olarak, geçmiş ve günümüz gökbilimcileri evrenin boyutunu ve hızını değerlendirmek için "standart mumlara" da güvenir. Chicago Üniversitesi'nde gökbilimci ve doktora adayı olan Abigail Lee, standart mumların, ışığın uzay ve zamanda nasıl hareket ettiğini ve değiştiğini gözlemlemek için kullanılabilen, bilinen parlaklığa sahip şık kozmolojik işaretleyiciler olduğunu söylüyor. Keşfedilen ilk standart mum türü, düzenli, periyodik bir düzende parlak ışık yayan ve Dünya'dan uzaklıklarını çıkarmak için kullanılabilen titreşen yıldızlar olan Hubble'ın Cepheid değişkenleriydi.

Lee bunu aydınlatıcı bir benzetmeyle açıklıyor. 40 watt'lık bir akkor ampulü düşünün. Paylaşılan watt değerine sahip tüm ampuller aynı içsel parlaklığa sahiptir. Ancak ampule 100 fit uzaktan bakarsanız, 10 fit uzaklıkta olduğundan daha sönük görünecektir. Bu göreceli sönüklük, ampulün ne kadar uzakta olduğunu hesaplamak için kullanılabilir. Uzaydaki Cepheidler için de aynı şey geçerlidir. Aynı amaçla kullanılan diğer standart mumlar arasında belirli süpernova türleri (yani patlayan yıldızlar), "kırmızı dev dalının ucu" yıldızları ve karbon yıldızları bulunur. Lee, Popular Science'a "Bu yıldızların tam olarak aynı içsel parlaklığa sahip olduğunu biliyoruz ve bu özelliği mesafeyi ölçmek için kullanabiliriz" diyor.

Bu standart mumları içeren bulutsuları arayarak Dünya ile diğer galaksiler arasındaki mesafeyi yaklaşık olarak hesaplayabiliriz. 2011'de üç bilim insanına, yalnızca evrenin genişlemediğini, aynı zamanda karanlık enerjinin bu genişlemeyi hızlandırdığını gösterdikleri için Fizik Nobel Ödülü verildi.

Karanlık enerji, uzaydaki maddeyi ve nesneleri birbirinden uzaklaştıran gizemli ve itici bir kuvvettir. Karanlık enerjinin genişleyen kuvvetlerinin genellikle tüm evrende tekdüze olduğu ve tüm nesnelere eşit şekilde ittiği düşünülmektedir. Ancak, genişlemenin kendisi tekdüze bir şekilde gözlemlenemez. Gezegenimiz, güneş sistemimiz ve galaksimizde, çekim kuvvetinin çekici kuvveti, şeyleri nispeten bağlı tutar ve karanlık enerjiye daha az maruz bırakır. Ve genişleme oranının kendisi küçük ölçekte kolayca gözlemlenebilecek kadar hızlı değildir. Bunu tespit etmek için çok uzaktaki nesneleri gözlemlemeniz gerekir.

Evren ne kadar hızlı genişliyor?

Hubble, erken gözlemlerine dayanarak, evrenin megaparsek başına saniyede yaklaşık 500 kilometre (Mpc) hızla genişlediğini öne sürdü; burada bir megaparsek 3,26 milyon ışık yılına eşittir. Evrenin genişleme hızı, unvanlı gökbilimcinin ilk tahmininin oldukça yanlış olduğu ortaya çıkmasına rağmen, Hubble Sabiti (H0) olarak bilinmeye başlandı.

Artık genişleme oranı hakkında daha net bir fikrimiz var. Bilim insanları genel olarak H0'ın 65-75 km/sn/Mpc arasında olduğu konusunda hemfikir. Bu kulağa karmaşık geliyorsa, bunun nedeni öyle olmasıdır. Evrensel genişleme oranı hem zamana hem de mesafeye bağlıdır. Daha büyük uzay alanlarında ve daha uzun sürelerde daha büyüktür. Ve tam hız sorusu hala çözülememiştir. Kime sorduğunuza ve nasıl ölçtüğünüze bağlı olarak, gerçek H0 için hesaplamalar değişir. Genel olarak, H0'ı ölçmek için iki farklı yaklaşım rutin olarak farklı sonuçlar verir. Bu tutarsızlık "Hubble Gerilimi" olarak bilinir.

Nispeten yakın standart mum hesaplamalarına dayanan bir ölçüm setine göre, H0 megaparsek başına saniyede 73 +/- 1 kilometredir. Kozmik arka plan radyasyonunun ölçümlerine dayanan farklı bir analiz türüne göre, H0 67 +/- 1'dir. Lee, "Her iki ölçüm de o kadar kesin belirsizliklere sahiptir ki hataya yer yoktur" diyor.

Bir süre, gökbilimciler daha doğru aletlerin gerilimi çözebileceğini ve ölçülen değerleri birbirine yaklaştırabileceğini düşündüler, ancak durum böyle olmadı. "İnsanlar daha iyi teknolojiye kavuşuyor, ancak bu gerilim gerçekten iyileşmiyor." diye ekliyor. JWST verilerine dayanan en güncel hesaplamalar bile H0 tahminlerini birbirine yaklaştırmadı.

“Karanlık enerji şu anda krizde, çünkü yapılan tüm bilimsel çalışmalar inanılmaz derecede titiz olmasına rağmen hiçbir şey gerçekten aynı fikirde değil,” diyor Webb.

Uyuşmazlığın hala ölçüm hatalarından kaynaklanması mümkün. Ancak, daha büyük bir şeyin de yaşanıyor olması mümkün. Belki de, Webb'in öne sürdüğüne göre, evrensel genişlemeye neden olduğu düşünülen karanlık enerji kuvvetleri tamamen tekdüze değil. Belki de bu gözlemleri birleştirmek için yeni bir fizik teorisine ihtiyacımız var.

Bilim insanları, ölçümleri iyileştirmenin yollarını düşünmenin yanı sıra olası genel resim açıklamaları formüle ederek sorun üzerinde her yönden çalışıyorlar. Lee, “Tamamlayıcı yaklaşımlar iyi,” diyor. “Belki de insanlar her şeyi bir araya getiren bir fizik teorisi bulursa hata aramayı bırakabiliriz ve belki de büyük bir ölçüm hatası bulursak bırakabilirler,” diyor.

Ancak tüm bu araştırmalar devam eden fonlamaya ve federal yatırıma dayanıyor. NASA'nın bütçesinde önerilen büyük kesintiler, Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu'nun fırlatılması da dahil olmak üzere birkaç büyük görevi iptal edecek. Bu bir sonraki uzay teleskopu, özellikle karanlık enerji ve evrenin genişlemesinin gizemlerini araştırmak için inşa edildi. Yıllar süren geliştirmeden sonra, fırlatılmaya neredeyse hazır - programın önünde ve bütçenin altında. Şimdi, uzaya asla ulaşamama ve yeni keşiflerin aydınlatılabileceği bir kara delik bırakma ihtimali var.

Kaynak: Popular Science