Evrenin en büyük bileşeni hakkında neredeyse hiçbir şey bilmediğimiz bir şeydir.
Kozmologların onlarca yıldır topladığı en iyi ve en doğru gözlemler, etrafımızdaki tüm maddenin, evrenin herhangi bir yerinde gördüğümüz her bir atomun, var olanın yalnızca yüzde 5’ini oluşturduğunu gösteriyor. Diğer yüzde 27’lik kısım ise galaksileri bir arada tutan karanlık maddedir. Ve geri kalan her şey – evrenin şaşırtıcı bir şekilde yüzde 68’i – evrenin genişlemesinden sorumlu olan karanlık enerjidir.
Karanlık enerji olmasaydı genişleme hızı zamanla yavaşlayacaktı. Ancak durumun böyle olmadığı çok açık ve genişleme hızı aslında artıyor. Bu genişlemeyi zorlayan bir tür güç olmalı ve bu bilinmeyen güç, karanlık enerji dediğimiz şeydir.
Evrenin şaşırtıcı bir şekilde yüzde 68’i karanlık enerjiden oluşuyor.
Evrenin en büyük bileşenidir ve bir gizemdir. Ancak belirli bir tür bilim insanı için bu, onu incelemeyi karşı konulmaz bir zorluk haline getiriyor.
Amerikan Astronomi Topluluğu’nun bu ayın başındaki toplantısında, araştırmacılar on yıllık süreçteki verileri sundular şimdiye kadar toplanan en büyük ve en tekdüze süpernova örneğinden. Veriler, karanlık enerjinin gizemlerini ortaya çıkarmak için birlikte çalışan 400’den fazla gökbilimcinin uluslararası işbirliği olan Karanlık Enerji Araştırması’nın bir parçasıydı.
Analiz, Tip 1a adı verilen çeşitli süpernovalara odaklandı. Bunlar gökbilimciler için özellikle faydalıdır çünkü oldukça öngörülebilir bir parlaklığa sahiptirler ve bu da onları mesafeyi doğru bir şekilde ölçmek için kullanılabilecek mil işaretleri olarak paha biçilmez kılar. Uzak galaksilere olan mesafeyi hesaplamak için bu süpernovaları kullanan bilim insanları, evrenin ne kadar hızlı genişlediğini ölçebilir ve karanlık enerjinin garip maddeleri hakkında daha fazla şey öğrenebileceklerini umuyorlar.
DES İşbirliği/NOIRLab/NSF/AU
Büyük ölçekte ince etkiler
Karanlık enerji evrenin çok büyük bir bölümünü oluşturabilir, ancak etkileri hemen göze çarpmaz. Etkisini tespit etmek için araştırmacıların galaksilerin hareketlerini büyük ölçekte gösteren devasa veri kümelerine bakması gerekiyor. Karanlık enerjinin galaksilerin hareketleri üzerindeki yaygın etkilerini tespit edebilmek için çok hassas araçlara ihtiyaç var.
DES süpernova örneğinin kozmolojik analizine liderlik eden Duke Üniversitesi’nden Maria Vincenzi, “Bu süper hassas ölçümleri yapmak için, yerde veya uzayda mevcut en iyi kameralara ve en iyi teleskoplara ihtiyacınız var” dedi. “Bu tür enstrümanları oluşturmak o kadar büyük bir çaba ki, tek bir grubun ya da tek bir üniversitenin kaynaklarıyla yapılabilecek bir şey değil.”
Karanlık enerji evrenin çok büyük bir bölümünü oluşturabilir, ancak etkileri hemen göze çarpmaz.
Süpernova kullanılarak karanlık enerji üzerine yapılan önceki araştırmaların çoğu, süpernovadan gelen ışığın dalga boylarına bölündüğü spektroskopi adı verilen bir teknik kullanılarak yapıldı. Bilim adamları, ışığın mevcut olmayan dalga boylarını arayarak hangi dalga boylarının emildiğini anlayabilirler; bu da size bir nesnenin bileşimini söyler.
Bu, bir nesneden ayrıntılı bilgi almak için son derece faydalıdır, ancak aynı zamanda James Webb Uzay Teleskobu gibi uzman bir teleskopun kullanılmasını gerektiren çok pahalı ve zaman alıcı bir süreçtir.
Son araştırmalar farklı bir yaklaşım benimsedi. Vincenzi, “İşleri tamamen farklı bir şekilde yapmaya çalıştık” dedi. Nesnelerden gelen ışığı gözlemledikleri ve parlaklığın birkaç haftalık bir süre içinde nasıl değiştiğini takip ederek ışık eğrisi adı verilen verileri üreten, fotometri adı verilen bir teknik kullandılar.
Daha sonra bu ışık eğrilerini, istedikleri süpernovayı (Tip 1a süpernovayı) tanımlamak için eğitilmiş bir makine öğrenme algoritmasına beslediler.
Makine öğrenimi yönü çok önemliydi çünkü süpernova türlerinin ışık eğrileri arasındaki farklar çok ince olabiliyordu. Vincenzi, “Makine öğrenimi algoritması çok iyi eğitilmiş bir gözün bile göremeyeceği şeyleri görebilir” dedi ve çok daha hızlı olduğunu söyledi.
Bu, grubun, Şili’deki Víctor M. Blanco Teleskobu üzerine monte edilen Karanlık Enerji Kamerası adı verilen tek bir cihazdan toplanan, beş yıllık veri kümesinde bu süpernovalardan yaklaşık 1.500’ünün büyük bir örneğini tanımlamasını sağladı.
Uzayın bir özelliği
Bu etkileyici veri seti sayesinde araştırmacılar, evrenin genişlemesi hakkında her zamankinden daha fazla bilgi edinebildiler ve bulgular, gerçekten tuhaf olan, yaygın olarak kabul edilen bir evren modelini destekliyor.
Tuhaflık tamamen karanlık enerjinin yoğunluğuyla ilgilidir. Bunun neden önemli olduğunu anlamak için daha tanıdık bir şeyi düşünerek başlamak faydalı olacaktır: madde.
“Evren genişledikçe evrenin hacmi de artıyor. Ama madde miktarı öyle değil. Bu toplam maddenin bir sabitidir. Kozmolojik analize liderlik eden Boston Üniversitesi’nden Dillon Brout, “Yani hacim artıyorsa ve madde sabitse yoğunluk azalacaktır” dedi.
“Evren genişledikçe evrenin hacmi de artıyor. Ama madde miktarı öyle değil.”
Şimdiye kadar, çok iyi. Ancak karanlık enerji öyle değildir; zaman içinde sabit bir yoğunluğa sahiptir. “Evren genişledikçe yoğunluk azalmaz. Brout, buna karşılık olarak daha büyük miktarda toplam karanlık enerji elde edersiniz “dedi.
Bu, karanlık enerjinin bizzat uzayın bir özelliği olduğu anlamına gelir; bu nedenle bazen boşluğun enerjisi olarak da bilinir. “Daha fazla alana sahip olursanız, daha fazla karanlık enerji elde edersiniz. Eğer evrenin boyutu artarsa, doğru miktarda karanlık enerji elde edersiniz çünkü bu, uzayın bir özelliğidir” dedi Brout.
Karanlık enerji doğada bildiğimiz hiçbir şeye benzemiyor; bu nedenle bazı insanlar teoriye şüpheyle yaklaşıyor ve evrenin genişleme hızına ilişkin, genel göreliliğin yanlış veya eksik olması gibi başka bir açıklama olması gerektiğine inanıyor.
Ancak kozmologlar, Lambda soğuk karanlık maddesi olarak adlandırılan karanlık enerjinin zaman içindeki sabit yoğunluğu teorisinin, yaptığımız gözlemler için elimizdeki en iyi açıklama olduğu konusunda giderek daha fazla hemfikir oluyorlar. Yeni araştırma bu teorinin doğruluğunu kesin olarak kanıtlamıyor ancak teoriyle tutarlı.
Vincenzi, “Bu, son yirmi yıldır sahada çalışan herkes için akıllara durgunluk veren bir durumdu” dedi. “Çünkü bu, enerjiye ve fizikte düşünmeye alışık olduğumuz kuvvetlere ilişkin önceki bilgilerle bağdaştırılması çok zor olan bir enerji biçimi.”
Kozmolojik çekişme
Karanlık enerji, kozmolojik madalyonun bir yüzü, karanlık madde ise diğer yüzü olarak düşünülebilir. İki güç birbirine karşı koyar: Biri nesneleri birbirinden uzaklaştırır, diğeri ise onları bir araya getirir.
“Madde ve karanlık madde, yerçekimiyle evreni etkiliyor. Yani karanlık madde evrenin genişlemesini yavaşlatma eğilimindeyken, karanlık enerji onu hızlandırma eğilimindedir” dedi Brout. “Yani bu gerçekten de karanlık madde ile yerçekiminin çekişi ve karanlık enerjinin iticiliği arasındaki çekişmeye benziyor.”
“Bu, son yirmi yıldır sahada çalışan herkes için akıllara durgunluk veren bir durum.”
Bu model, zaman geçtikçe ve evren genişledikçe karanlık enerjinin giderek arttığı anlamına geliyor. Evrenin tarihinin daha erken dönemlerinde, evrenin fiziği karanlık maddenin hakimiyetindeydi çünkü boyutu daha küçüktü ve maddenin yoğunluğu daha yüksekti. Evren büyüdükçe karanlık enerji hakim olmaya başladı.
“Karanlık enerji, evrenin çoğunlukla boş olan kısımlarında, çoğunlukla boş alanla dolu olan galaksiler arasındaki geniş mesafelerde hakimdir. Brout, galaksinin galaksi veya güneş sistemi gibi çok daha fazla madde veya karanlık madde ile dolu bölgelerinde, karanlık enerjinin etkilerini hissetmiyor veya görmüyoruz” diye açıkladı.
Karanlık enerjinin incelenmesinin bu kadar zor olmasının nedenlerinden biri de bu: Araştırmacıların, etkilerini görebilmek için galaksilerin büyük ölçekli hareketlerine bakması gerekiyor.
Çok büyük bir tutarsızlık
Eğer tüm bunlar mantığa aykırı ve tuhaf görünüyorsa, o zaman kemerlerinizi bağlayın çünkü bu hikayede ortaya çıkarılacak çok daha fazla tuhaflık var.
Bilim adamları evrende çok fazla karanlık enerji bulunduğunu bilseler de etkileri nispeten küçüktür. Her ne kadar evrenin genişlemesine yol açsa da ki bu hiç de önemsiz değil, kozmolojide etkilerinin teorinin öngördüğünden daha zayıf olduğu uzun süredir devam eden bir sorun var: fazla daha zayıf.
Aslında, maddenin atomik ölçekte nasıl işlediğine dair en yaygın teori olan kuantum mekaniğinin öngörüleri, karanlık enerjinin olduğundan çok daha güçlü olması gerektiğini belirtiyor.
“Eğer karanlık enerji boşluğun enerjisi ise, bulduğumuz değer kuantum mekaniğinin teorik beklentisinin 120 katı kadardır. Ve bu sadece çılgınlık,” dedi Brout. “Buna bazen bilimin tamamında teori ile gözlemler arasındaki en büyük tutarsızlık da denir.”
Ancak eğer karanlık enerji kuantum mekaniğinin öngördüğü kadar güçlü olsaydı, o zaman erken evrendeki materyali dağıtmış olurdu. erken galaksilerin oluşumunun önlenmesi. Bildiğimiz şekliyle yaşamın gelişimi muhtemelen karanlık enerjinin göreceli zayıflığına bağlıdır.
Genel göreliliğin bir parçası olan kozmolojik sabitin görünen değerindeki bu tutarsızlık, kozmoloji için önemli bir sorudur. Hatta fizik olarak bile tanımlandı”en utanç verici sorun.”
Ancak karanlık enerji araştırmacıları için konuyu bu kadar ilgi çekici ve üzerinde çalışılması kritik kılan şey bu şaşırtıcı tutarsızlıktır.
Brout, “Evrenin yüzde 95’ini oluşturan karanlık maddeyi ve karanlık enerjiyi ölçüyoruz” dedi. “Ve eğer evrenin yüzde 95’ini anlamıyorsak, gidip onu anlamaya çalışmalıyız.”