Karanlık enerji gerçekten var mı? Çalışmamız günümüzün kozmolojik modelinin temellerindeki çatlakları tespit ediyor

Mevcut anlayışa göre evren genişliyor ve bunu artan bir hızla yapıyor. Bunun, ilk kez Albert Einstein’ın genel görelilik teorisinde öne sürdüğü kozmolojik sabit adı verilen bir şeyden kaynaklandığına inanılıyor. Son yıllarda evrenin yaklaşık %70’ini oluşturduğuna inanılan karanlık enerji olarak daha çok tanınmaya başlandı.

Bu farkındalığın elde edilmesinde hayati öneme sahip olan şey, patlayan beyaz cüce yıldızlar olan Tip Ia süpernova çalışmalarıydı. Bunların belirli miktarda ışık yaydığı düşünülüyor, bu da gökbilimcilerin mesafelerini çok doğru bir şekilde belirlemelerine ve dolayısıyla evrenin genişlemesini takip etmelerine olanak tanıyor. Bu çalışma 2011 Nobel Fizik Ödülü’ne layık görüldü.

Evrenin hızlanan genişlemesinin, karanlık enerjinin çekim kuvvetinin üstesinden gelmesini sağlayan alışılmadık bir özelliği olan negatif basınçtan kaynaklandığı düşünülüyor. Ancak karanlık enerjinin kesin doğası hala bir bilmece olmaya devam ediyor. Parçacık fiziğinin standart modeli olarak bilinen, evrenin temel yapı taşlarına ilişkin en iyi teorimizle açıklanamaz.

Ancak bu, büyük ölçekli evrenin nasıl ortaya çıktığını açıklamak için tasarlanmış başka bir teorinin ayrılmaz bir parçasıdır. Bu, lambda soğuk karanlık madde (ΛCDM) modeli olarak da adlandırılan standart kozmoloji modelidir.

Karanlık enerjinin varlığını destekleyen diğer gözlemsel kanıtlar arasında kozmik mikrodalga arka plan ışımasının (CMB) sıcaklığındaki dalgalanmalar (“Büyük Patlama’nın ardından oluşan parlaklık”) ve galaksilerin dağılımındaki baryon akustik salınımlarının (BAO) yani erken evrenden gelen ses dalgalarının izi yer alır.

Ancak ΛCDM modeli, yeni veriler ortaya çıktıkça artan bir incelemeye tabi tutuldu. Birleşik Krallık Kraliyet Cemiyeti’nin ev sahipliği yaptığı bir konferansta standart kozmolojik modelde ortaya çıkan çatlaklar tartışıldı. Modelin geçmişteki başarılarının kısmen “doğrulama yanlılığı”ndan -mevcut inançlarımızı destekleyen bilgileri tercih ederken, onlara meydan okuyan bilgilere daha az dikkat etme şeklindeki bilinçdışı eğilimden- kaynaklanabileceği kaydedildi.

Kusurlu çerçeve mi?

Çoğu kozmolog bu tür eleştirilere ikna olmuyor ve bunun yerine evrenin genişlemesinin hızlandığına dair çok sayıda kanıta ikna oluyor.

Ancak tüm bu tür analizler, örneğin CMB veya BAO, Einstein’ın denklemlerinin FLRW (Friedmann-Lemaître-Robertson-Walker) çerçevesi adı verilen özel bir çözümü kullanılarak yürütülür. Bu, kozmolojik prensibi, yani evrenin ortalama olarak homojen ve izotropik olduğunu (her yönde aynı göründüğünü) varsayan uzay-zamanın bir tanımıdır.

Ancak son çalışmamız, evrenin asimetrik veya orantısız olduğunu gösteren sonuçlar sunarak FLRW çerçevesini yanlışlayan kanıtlar buldu. Bunun, kozmolojik verilerin standart analizlerinin temellerini baltalayarak karanlık enerjiye temel bir meydan okuma sunduğuna inanıyoruz.

Evrenin orantısız olabileceği gözlemi kozmik dipol anomalisi olarak bilinir. Bu anormallik ΛCDM modelindeki parametrelerin ayarlanmasıyla düzeltilemez. Felsefi bir prensipten ziyade gözlemlere dayalı bir evren modeli oluşturmak için sıfırdan başlamayı gerektirir.

Nobel ödüllü astrofizikçi Jim Peebles, kozmik dipol anomalisinin, Hubble gerilimi olarak bilinen başka bir kozmolojik düzensizlik kadar sağlam bir şekilde ortaya konduğunu söyledi. Ancak kozmik dipol anomalisinin Hubble gerilimine gösterilen ilginin yalnızca küçük bir kısmını çektiğini belirtiyor.

Çalışma arkadaşlarım Mohamed Rameez ve doktorasıyla birlikte. Mumbai’deki Tata Temel Araştırma Enstitüsü öğrencisi Animesh Sah ile birlikte, Tip Ia süpernovalardan anlaşılan evrenin genişleme hızının her yönde aynı olmadığını da gösterdik. Makalemiz şu tarihte yayınlandı: Avrupa Fiziksel Dergisi C.

Süpernovadan gelen sinyal esas olarak Büyük Patlama’nın ardından gelen ışımadaki (kozmik mikrodalga arka planı) sıcaklık farkıyla aynı hizadadır. CMB dipol anizotropisi adı verilen bu sıcaklık farkının, güneş sisteminin yerel hareketinden kaynaklandığına inanılıyor.

‘Eğik gözlemciler’

Bu nedenle süpernovalardan çıkarılan ivmenin nedeni karanlık enerji olamaz. Daha ziyade, bu muhtemelen bir yanılsamadır çünkü biz “eğik gözlemciler”iz. Bunun nedeni, Dünya’nın kozmosta, komşu galaksilerimizin toplu akış adı verilen büyük ölçekli ancak yerelleştirilmiş bir akış hareketine katıldığı özel konumudur.

Tip Ia süpernovalarının içsel parlaklığı ile uzaklıkları arasındaki ilişki, karanlık enerji fikri açısından çok önemliydi. Ancak bu ilişki ilk başta sanıldığı kadar güçlü olmayabilir.

Güney Kore’deki gökbilimciler, Tip Ia süpernovaları (onların ataları) üreten beyaz cüce yıldızların yaşlarının parlaklıklarını etkilediğine dair kanıtlar buldular. Ancak bu durum başka bir takım tarafından engellendi.

İçsel parlaklığın ata yaşına olan bağımlılığını düzelttiğimizde, bunun göstergesi evrenin hızlanmak yerine yavaşladığıdır.

Bu, karanlık enerjinin olmadığı bir evren için beklendiği gibi bir durumdur. Ancak bu, özellikle SPK çalışmalarından elde edilen, ΛCDM için ikna edici bağımsız kanıtlar olduğuna inanan çoğu kozmolog için sürpriz olacaktır.

Ancak CMB sıcaklık dalgalanmaları karanlık enerjiden etkilenmez. Daha ziyade evrenin uzaysal eğriliği, baryon yoğunluğu ve karanlık madde yoğunluğu ile ilgilidirler.

Dolayısıyla karanlık enerjinin hala geçerli bir çıkarım olup olmadığı, evrendeki madde dağılımının gerçekten izotropik (tüm yönlerde tamamen aynı) olup olmamasına bağlıdır. Gözlemler aksini gösteriyor. Eğer bu bulgular doğrulanırsa kozmolojide bir paradigma değişikliğine işaret edebilirler.