Dünya’dan yaklaşık 130 milyon ışıkyılı uzaklıkta bulunan bir galaksi olan NGC 5468’in bu görüntüsü, Hubble ve James Webb uzay teleskoplarından alınan verileri birleştiriyor. Bu, Hubble’ın Sefe değişen yıldızlarını tespit ettiği en uzak galaksidir. Bunlar evrenin genişleme hızını ölçmek için önemli kilometre taşlarıdır. Sefeidlerden hesaplanan mesafe, galaksideki tip Ia süpernova ile çapraz korelasyona sahiptir. Tip Ia süpernovalar o kadar parlaktır ki Sefeidlerin aralığının çok ötesindeki kozmik mesafeleri ölçmek için kullanılırlar ve evrenin genişleme hızına ilişkin ölçümleri uzayın daha derinlerine kadar genişletirler. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)
Hubble Gerginliği olarak bilinen Hubble sabitinin ölçüm farklılığı kozmolojide önemli bir bilmece olmuştur. James Webb Uzay Teleskobu‘nin onayı Hubble uzay teleskobuverileri kozmik mesafe merdivenini sağlamlaştırdı kesinlik ve tutarsızlığın bilinmeyen kozmik olaylara işaret edebileceğini ve daha fazla araştırma gerektirebileceğini öne sürdü.
Hubble sabiti olarak bilinen Evrenin genişleme hızı, evrenin evrimini ve nihai kaderini anlamak için temel parametrelerden biridir. Ancak sabitin geniş bir yelpazedeki bağımsız uzaklık göstergeleri ile ölçülen değeri ile gökyüzünün son kızıllığından tahmin edilen değeri arasında Hubble Gerginliği adı verilen kalıcı bir fark görülmektedir. Büyük patlama. NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu, Hubble Uzay Teleskobu’nun keskin gözünün başından beri doğru olduğunu doğruladı ve Hubble’ın ölçümleri hakkındaki her türlü şüpheyi ortadan kaldırdı.
Hubble’ın Tarihi Başarıları
NASA/ESA Hubble Uzay Teleskobu’nu inşa etmenin bilimsel gerekçelerinden biri, evrenin genişleme hızına ilişkin kesin bir değer sağlamak için gözlem gücünü kullanmaktı. Hubble’ın 1990’daki fırlatılmasından önce, yer tabanlı teleskoplarla yapılan gözlemler büyük belirsizliklere yol açıyordu. Genişleme hızı için çıkarılan değerlere bağlı olarak Evren, 10 ile 20 milyar yıl arasında herhangi bir yaşta olabilir. Son 34 yılda Hubble bu ölçümü yüzde birden daha düşük bir doğrulukla küçülterek aradaki farkı 13,8 milyar yıllık bir yaş değerine böldü. Bu, Sefe değişen yıldızları olarak bilinen önemli kilometre taşı işaretleyicilerinin ölçülmesiyle ‘kozmik mesafe merdiveni’ olarak adlandırılan şeyin iyileştirilmesiyle gerçekleştirildi.
Hubble Gerginliğini Webb ile Çözmek
Ancak Hubble değeri, Evrenin Büyük Patlama’dan sonra daha hızlı genişlediğini ima eden diğer ölçümlerle örtüşmüyor. Bu gözlemler, ESA Planck uydusunun kozmik mikrodalga arka plan ışınımını haritalandırmasıyla yapıldı; bu, Evrenin Büyük Patlama’dan sonra soğuduktan sonra nasıl bir yapı geliştireceğine dair bir plandı.
Bu ikilemin basit çözümü, belki de Hubble gözlemlerinin, derin uzay ölçümlerine yansıyan bazı yanlışlıkların bir sonucu olarak yanlış olduğunu söylemek olacaktır. Daha sonra gökbilimcilerin Hubble’ın sonuçlarını çapraz olarak kontrol etmelerini sağlayan James Webb Uzay Teleskobu ortaya çıktı. Webb’in Sefeidlere ilişkin kızılötesi görüşleri, Hubble’ın optik ışık verileriyle uyumluydu. Webb, Hubble teleskobunun keskin gözünün başından beri doğru olduğunu doğrulayarak Hubble’ın ölçümleriyle ilgili her türlü şüpheyi ortadan kaldırdı.
Bu yan yana görüntülerin merkezinde, evrenin genişleme hızını ölçmek için bir kilometre taşı olarak kullanılan özel bir yıldız sınıfı bulunuyor: Sefeid değişken yıldızı. İki görüntü oldukça piksellidir çünkü bunlar uzak bir galaksinin çok yakınlaştırılmış bir görünümüdür. Piksellerin her biri bir veya daha fazla yıldızı temsil eder. James Webb Uzay Teleskobu’ndan alınan görüntü, yakın kızılötesi dalga boylarında Hubble’dan (esasen görünür morötesi ışık teleskopu olan) önemli ölçüde daha keskindir. Webb’in daha keskin görüşüyle dağınıklığı azaltan Cepheid, daha net bir şekilde öne çıkıyor ve olası kafa karışıklığını ortadan kaldırıyor. Webb, Sefeidlerin bir örneğine bakmak için kullanıldı ve evrenin genişleme hızının ve yaşının kesin olarak ölçülmesi için temel olan önceki Hubble gözlemlerinin doğruluğunu doğruladı. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, STScI, Adam G. Riess (JHU, STScI)
Kozmik Gizemler ve Teorik Zorluklar
Sonuç olarak, yakındaki Evren’de olup bitenler ile erken Evren’in genişlemesi arasındaki Hubble Gerginliği kozmologlar için can sıkıcı bir bilmece olmaya devam ediyor. Uzayın dokusuna henüz anlamadığımız bir şeyler dokunmuş olabilir.
Bu tutarsızlığı çözmek yeni fizik gerektiriyor mu? Yoksa uzayın genişleme hızının belirlenmesinde kullanılan iki farklı yöntem arasındaki ölçüm hatalarından mı kaynaklanmaktadır?
Hubble ve Webb artık kesin ölçümler üretmek için bir araya gelerek, ölçüm hatalarının değil başka bir şeyin genişleme oranını etkilediğini ileri sürüyor.
Kozmik Gözlemlerdeki Gelişmeler
Baltimore’daki Johns Hopkins Üniversitesi’nden fizikçi Adam Riess, “Ölçüm hataları reddedildikten sonra, geriye Evren’i yanlış anlamış olduğumuza dair gerçek ve heyecan verici olasılık kalıyor” dedi. Adam, artık ‘karanlık enerji’ olarak adlandırılan gizemli bir fenomen sayesinde, Evrenin genişlemesinin hızlandığı gerçeğini keşfetmeye yardımcı olduğu için Nobel Ödülü’ne sahiptir.
Çapraz kontrol olarak, 2023’teki ilk Webb gözlemi, Hubble’ın genişleyen Evrene ilişkin ölçümlerinin doğru olduğunu doğruladı. Ancak Hubble Gerginliğini hafifletmeyi ümit eden bazı bilim insanları, Evrenin derinliklerine baktıkça ölçümdeki görülmeyen hataların büyüyebileceğini ve görünür hale gelebileceğini öne sürdüler. Özellikle yıldız kalabalığı, daha uzaktaki yıldızların parlaklık ölçümlerini sistematik bir şekilde etkileyebilir.
İşbirliğine Dayalı Doğrulama ve Gelecek Yönergeler
Adam liderliğindeki SH0ES (Karanlık Enerji Durumu Denklemi için Süpernova H0) ekibi, Webb ile, Cepheid değişken yıldızları olarak bilinen ve artık Hubble verileriyle ilişkilendirilebilen, kritik kozmik kilometre taşı işaretleri olan nesnelere ilişkin ek gözlemler elde etti.
Adam, “Artık Hubble’ın gözlemlediği aralığın tamamını kapsadık ve Hubble Gerginliğinin nedeni olarak bir ölçüm hatasını büyük bir güvenle dışlayabiliriz” dedi.
Ekibin 2023’teki ilk birkaç Webb gözlemi, Hubble’ın sözde kozmik mesafe merdiveninin ilk basamaklarının doğruluğunu sağlam bir şekilde belirlemede doğru yolda olduğunu göstermede başarılı oldu.
Bu çizim, Hubble sabiti olarak adlandırılan, evrenin zaman içinde ne kadar hızlı genişlediğini hesaplamak için gökbilimcilerin kullandığı üç temel adımı göstermektedir. Tüm adımlar, yakındaki galaksilere olan mesafelerin doğru şekilde ölçülmesiyle başlayıp daha sonra giderek daha uzaktaki galaksilere doğru ilerleyerek güçlü bir “kozmik mesafe merdiveni” oluşturmayı içeriyor. Bu “merdiven”, araştırmacıların mesafeleri hesaplamak için kullanabileceği, kendine özgü bir parlaklığa sahip farklı türdeki astronomik nesnelerin bir dizi ölçümüdür. Daha kısa mesafeler için en güvenilir olanlar arasında Sefeid değişkenleri, yani içsel parlaklıklarını gösteren öngörülebilir hızlarda titreşen yıldızlar yer alır. Gökbilimciler yakın zamanda Hubble Uzay Teleskobu’nu kullanarak yakındaki Büyük Macellan Bulutu’ndaki 70 Sefeid değişkenini gözlemleyerek söz konusu galaksiye olan mesafenin en hassas ölçümünü yaptı. Gökbilimciler yakındaki Sefeidlerin ölçümlerini, Tip Ia süpernova adı verilen patlayan yıldızlar gibi başka bir kozmik ölçüt de içeren daha uzaktaki galaksilerdeki ölçümlerle karşılaştırıyorlar. Bu süpernovalar Sefeid değişkenlerinden çok daha parlaktır. Gökbilimciler bunları Dünya’dan uzak galaksilere olan mesafeyi ölçmek için “dönüm noktası işaretleri” olarak kullanıyor. Bu işaretlerin her biri “merdiven”deki bir önceki adıma dayanmaktadır. Gökbilimciler, farklı türden güvenilir kilometre taşı işaretleri kullanarak merdiveni uzatarak evrende çok büyük mesafelere ulaşabilirler. Gökbilimciler bu uzaklık değerlerini, uzayın eşit şekilde genişlemesi nedeniyle mesafe arttıkça giderek daha fazla kırmızılaşan tüm galaksinin ışığının ölçümleriyle karşılaştırıyor. Gökbilimciler daha sonra evrenin ne kadar hızlı genişlediğini hesaplayabilirler: Hubble sabiti. Kredi: NASA, ESA ve A. Feild (STScI)
Kozmik Mesafe Merdiveninin İncelikleri
Gökbilimciler, gözlemlenen nesneye bağlı olarak Evrendeki göreceli mesafeleri ölçmek için çeşitli yöntemler kullanırlar. Bu teknikler toplu olarak kozmik mesafe merdiveni olarak bilinir; her basamak veya ölçüm tekniği, kalibrasyon için bir önceki adıma dayanır.
Ancak bazı gökbilimciler, ‘ikinci basamak’ boyunca dışarı doğru ilerledikçe, Sefeid ölçümlerinin mesafeyle birlikte daha az doğru hale gelmesi durumunda kozmik mesafe merdiveninin sallanabileceğini öne sürdü. Bu tür yanlışlıklar, bir Sefeid’in ışığının komşu bir yıldızın ışığıyla karışabilmesi nedeniyle meydana gelebilir; bu etki, yıldızlar gökyüzünde bir araya toplandıkça ve birbirlerinden ayırt edilmesi zorlaştıkça mesafe arttıkça daha belirgin hale gelebilir.
Gözlemsel zorluk, bu daha uzaktaki Sefeid değişkenlerinin geçmiş Hubble görüntülerinin, bizimle ev sahibi galaksiler arasında giderek daha büyük mesafelerde bulunan komşu yıldızlarla daha sıkışık ve üst üste binmiş görünmesi ve bu etkinin dikkatli bir şekilde açıklanmasını gerektirmesidir. Araya giren toz, görünür ışıkta ölçümlerin kesinliğini daha da karmaşık hale getirir. Webb tozu kesiyor ve Sefeidleri komşu yıldızlardan doğal olarak izole ediyor çünkü onun görüşü kızılötesi dalga boylarında Hubble’ınkinden daha keskin.
“Webb ve Hubble’ı birleştirmek bize her iki dünyanın da en iyisini sunuyor. Kozmik mesafe merdiveninde ilerledikçe Hubble ölçümlerinin güvenilir olmaya devam ettiğini görüyoruz” dedi Adam.
Yeni Webb gözlemleri, toplam 1000 Cepheid içeren sekiz Tip Ia süpernovadan oluşan beş ana galaksiyi içeriyor ve Cepheidlerin iyi ölçüldüğü en uzak galaksi olan 130 milyon ışıkyılı uzaklıktaki NGC 5468’e uzanıyor. “Bu, Hubble ile ölçüm yaptığımız tüm alanı kapsıyor. Webb ve Hubble Teleskoplarını işleten Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nden ortak yazar Gagandeep Anand, “Böylece kozmik mesafe merdiveninin ikinci basamağının sonuna geldik” dedi. NASA.
Hubble ve Webb’in Hubble Gerginliği’ni onaylaması, birlikte, bu gizemi çözecek başka gözlemevleri kuruyor; buna NASA’nın yaklaşmakta olan Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu ve ESA’nın kısa süre önce başlattığı Öklid misyonu da dahil.
Şu anda sanki Hubble ve Webb tarafından gözlemlenen uzaklık merdiveni bir nehrin kıyı şeridinde sağlam bir bağlantı noktası oluşturmuş ve Planck’ın Evrenin başlangıcından beri gözlemlediği Büyük Patlama’nın ardından gelen parlaklık diğer tarafta sağlam bir şekilde yerleşmiş gibi. Bu iki uç nokta arasındaki milyarlarca yılda Evrenin genişlemesinin nasıl değiştiği henüz doğrudan gözlemlenemedi. Adam, “Evrenin başlangıcı ile günümüz arasında nasıl bağlantı kuracağımız konusunda bir şeyleri kaçırıp kaçırmadığımızı bulmamız gerekiyor” dedi.
Bu bulgular 6 Şubat 2024 tarihli sayısında yayınlandı. Astrofizik Günlük Mektupları.
Referans: Adam G. Riess, Gagandeep S. Anand, Wenlong Yuan, Stefano Casertano, Andrew Dolphin, Lucas M. Macri, Louise Breuval, “JWST Gözlemleri, 8σ Güvende Hubble Geriliminin Açıklaması Olarak Sefeid Fotometrisinin Tanınmayan Kalabalıklığını Reddediyor” Dan Scolnic, Marshall Perrin ve Richard I. Anderson, 6 Şubat 2024, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1ddd