Kozmolojideki kriz devam ediyor: Kozmik ivmenin yakın tarihli bir savunmasında kritik sorunlar

Evrenin şu anda karanlık enerjinin yönlendirdiği hızlandırılmış bir genişleme sürecinden geçtiğine dair geleneksel görüşü savunan yeni bir analizde temel sorunları tanımlayan yeni bir çalışmanın ardından, standart kozmoloji modeli hakkındaki şüpheler derinleşiyor.

Geçtiğimiz Kasım ayında, Güney Kore’deki Yonsei Üniversitesi’ndeki araştırmacılar, Tip Ia süpernovaların yaşlarıyla ilgili sistematik bir önyargı dikkate alındığında, evrenin artık önceden düşünüldüğü gibi ivmelenmeyebileceğini bildirdi. Bunun yerine analizleri, kozmik genişlemenin zaten yavaşlama aşamasına girdiğini ve karanlık enerjinin kozmolojik bir sabit olmayıp, hızla gelişen ve zamanla zayıflayan bir bileşen olabileceğini öne sürdü.

Sonuç, önemli ölçüde dikkat çekti çünkü bağımsız bir kozmolojik araştırmadan gelen tahminle yakından uyumluydu: Karanlık Enerji Spektroskopik Aracından (DESI) yalnızca baryon akustik salınımı (BAO) ölçümleri.

Haziran ayında, Southampton Üniversitesi’ndeki araştırmacıların liderliğindeki ve aralarında iki Nobel ödülü sahibi kişinin de bulunduğu uluslararası bir ekip, Yonsei sonucuna karşı çıkan bir çürütme yayınladı. Analizleri, süpernova parlaklığı ile yaş arasında Yonsei ekibinin bildirdiğinden çok daha sığ bir ilişki buldu. Ayrıca süpernova atalarının yaşlarının, kırmızıya kayma ile ev sahibi galaksilerin yaşlarına göre çok daha az evrimleşebileceğini savundular.

Bu temelde, Southampton liderliğindeki ekip gerekli yaş sapması düzeltmesinin küçük olacağı ve evrenin genişlemesinin hala hızlandığı sonucuna vardı. Dolayısıyla kozmolojide ortaya çıkan kriz önlenmiş gibi görünüyordu.

Verilerde tartışmalı bir eğim

Ancak Yonsei araştırmacılarının yeni bir çalışması yayınlandı. Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleriçürütmede öne sürülen her iki temel argümanın da kozmik ivme savunmasını zayıflatan kritik analitik sorunlardan etkilendiğini buluyor.

Araştırmacılar kozmolojideki krizin devam ettiği sonucuna vardı.

İlk sorun, Tip Ia süpernovalarının standartlaştırılmış parlaklıkları ile yaşları arasındaki ilişki olan “yaş sapması eğiminin” ölçümüyle ilgilidir.

Bu ilişkiyi güvenilir bir şekilde ölçmek için süpernovaların yeterince dar bir kırmızıya kayma aralığı içinde karşılaştırılması gerekir. Aksi takdirde, süpernova popülasyonunun kırmızıya kayma aralığı boyunca evrimi, ölçülen yaş-parlaklık korelasyonuyla karışır.

Çürütücü çalışma bunun yerine süpernovaları alışılmadık derecede geniş bir kırmızıya kayma aralığı boyunca birleştirdi. Yeni analiz, bu prosedürün ölçülen yaş yanlılığı eğimini yapay olarak düzleştirdiğini gösteriyor. Örneğe giderek daha yüksek kırmızıya kaymalı süpernovalar eklendikçe, geri kazanılan eğim sistematik olarak daha sığ hale gelir. Aynı eğilim, ilgili gözlem koşullarını yeniden oluşturmak için oluşturulan sahte verilerde de ortaya çıkıyor.

Yonsei Üniversitesi’nden baş yazar Dr. Chul Chung, “Çürütmede bildirilen sığ yaş önyargısı eğimi bu nedenle analizdeki açık bir metodolojik sorunun sonucudur” dedi. “Karşılaştırma uygun bir kırmızıya kayma aralığı ile sınırlandırıldığında, güçlü yaş bağımlılığı yeniden ortaya çıkıyor.”

Yonsei ekibi ayrıca, çürütme analizinin altında yatan toz yok oluşu modelinin, büyük galaksi örneklerinde gözlemlenen eğilimin tam tersi olan, ev sahibi galaksi kütlesine bağımlılık gerektirdiğini de buldu. Araştırmacılar bu nedenle modelin bu kısmının gözlemsel destekten yoksun olduğunu savunuyorlar.

Düzeltme neden hala geçerli?

İkinci sorun, yaş yanlılığı düzeltmesinin nasıl hesaplandığıyla ilgilidir.

Düzeltme iki niceliğin çarpımına bağlıdır: kırmızıya kayma ile süpernova öncül yaşındaki değişim ve yaş-parlaklık ilişkisinin eğimi. Çürütme, süpernova ata yaşlarının kırmızıya kayma ile ev sahibi galaksi yaşlarına göre daha az güçlü bir şekilde evrimleşmesi olasılığına odaklandı.

Ancak yeni çalışma, çıkarılan yaş farkının azaltılmasının zorunlu olarak karşılık gelen yaş-parlaklık eğimini daha dik hale getirdiğini, çünkü yaş farkının eğimin paydasında göründüğünü belirtiyor. Dolayısıyla bir miktardaki azalma diğerindeki artışla büyük ölçüde dengelenir.

Yonsei araştırmacılarına göre çürütme, yaş yanlılığı eğimindeki buna eşlik eden artışı göz ardı ederken yalnızca yaş evriminin azalmasını vurguladı. Her iki etki de tutarlı bir şekilde ele alındığında, ortaya çıkan yaş yanlılığı düzeltmesi ve dolayısıyla kozmolojik sonuç, Yonsei ekibinin önceki çalışmasına göre büyük ölçüde değişmeden kalıyor.

Projeyi yöneten Profesör Young-Wook Lee şunları söyledi: “Süpernova kozmolojisi, parlaklık kalibrasyon ilişkisinin (Phillips ilişkisi) süpernova yaşıyla değişmediği temel varsayımına dayanıyor. Sonuçlarımız sürekli olarak bu varsayımın geçerli olmadığını gösteriyor.”

Lee, “Evrenin hızla genişlemesi gibi olağanüstü bir iddiayı savunmak için öncelikle bu temel varsayımın doğruluğunun kanıtlanması gerekir” diye ekledi. “Bunun yerine, buna karşı olan gözlemsel kanıtlar güçleniyor. Bu koşullar altında, kanıtların hâlâ hızlanan bir evreni ve kozmolojik bir sabiti destekleyip desteklemediğini ciddi şekilde sorgulamamız gerekiyor.”

Daha temiz bir test önümüzde

Araştırmacılar ayrıca, önceki çalışmalarında da gösterildiği gibi, yaş yanlılığı düzeltilmiş süpernova sonuçlarının, yalnızca bağımsız DESI BAO sonucuyla oldukça iyi bir şekilde uyuştuğunu vurguluyor. Her ikisi de karanlık enerjinin zamanla evrimleştiği ve mevcut genişlemenin artık hızlanmadığı bir evrene işaret ediyor.

Sorunu çözmek için Yonsei ekibi gelecekteki yüksek hassasiyetli süpernova kozmolojisi için “evrimden bağımsız” bir test öneriyor. Ortalama yaşları kırmızıya kayma ile değişen heterojen süpernova popülasyonlarını birleştirmek yerine, bu yaklaşım yalnızca tam kırmızıya kayma aralığı boyunca genç, benzer yaştaki ev sahibi galaksilerdeki süpernovaları kullanacaktır.

Araştırmacılar böyle bir testten elde edilen ön sonuçların daha önceki bulgularıyla tutarlı olduğunu belirtiyor. Gelecekte Vera C. Rubin Gözlemevi’nden beklenen çok daha büyük süpernova örnekleri, bu doğrudan testin çok daha büyük bir hassasiyetle gerçekleştirilmesini mümkün kılacak.

Bu tür gözlemler, modern bilimin en temel sorularından birine kesin bir yanıt sağlayabilir: Karanlık enerjinin gerçekte ne olduğu ve evrenin bugün hızlanıp yavaşlamadığı.