DESI’nin ilk yıl verileri genişleyen evrene dair benzeri görülmemiş ölçümler sunuyor

Bilim insanları, Karanlık Enerji Spektroskopik Aracı’nın evrenin haritasını çıkarma ve karanlık enerjinin gizemlerini çözme arayışından elde edilen ilk veri grubunu analiz etti.

Dağın tepesindeki bir teleskopta 5.000 küçük robot bulunan Karanlık Enerji Spektroskopik Aleti (DESI), araştırmacıların 11 milyar yıl geçmişe bakmasına olanak tanıyor. Uzaydaki çok uzak nesnelerden gelen ışık şu anda DESI’ye ulaşıyor ve bilim adamlarının kozmosun gençliğindeki haliyle haritasını çıkarırken aynı zamanda büyümesini de izlemesine olanak tanıyor. Evrenin nasıl evrimleştiğini anlamak, fizikteki en büyük gizemlerden birine bağlıdır: Araştırmacıların evrenin genişlemesini yönlendirdiğini varsaydığı karanlık enerji.

DESI, dünyanın dört bir yanından 800’den fazla bilim insanının katıldığı uluslararası bir bilim işbirliğidir. Bunlar arasında profesörleri, doktora sonrası araştırma görevlilerini, yüksek lisans öğrencilerini ve fizik, astronomi, veri bilimi ve bilgisayar bilimi lisans öğrencilerini içeren disiplinler arası bir grup olan Rochester Üniversitesi kozmoloji grubundan araştırmacılar da var. Grup, fizik profesörü Regina Demina tarafından ortaklaşa yönetiliyor; Fizik doçenti Segev BenZvi; ve fizik ve astronomi (eğitim) alanında yardımcı doçent olan Kelly Douglass.

DESI şu anda 40 milyon galaksiyi ve kuasarları ölçmek ve bugüne kadarki en hassas ölçümlerle kozmosun şimdiye kadar yapılmış en büyük 3 boyutlu haritasını oluşturmak için beş yıllık bir arayışın ortasında. Cihaz, araştırmasına 2021’de başladı ve araştırmacılar yakın zamanda evrenin genişleme hızı ve bileşimi ölçümleri de dahil olmak üzere toplanan verilerin ilk yılına ilişkin analizlerini duyurdular. Analizlerini şurada yayınladılar: hakkında birden fazla makale arXiv ön baskı sunucusu.

Douglass, “DESI verilerinin boyutu, daha önce topladığımız her şeye göre muazzam bir artış” diyor. “DESI’nin birinci yıldaki galaksi ve kuasar örnekleri, son 40 yılda gerçekleştirilen önceki tüm spektroskopik araştırmaların birleşik ölçümlerinden zaten altı kat daha büyük.”

Ve birinci yılın verileri sadece bir başlangıç, diye ekliyor Demina, “Veri kümesinin tamamı, evrenimizin şafağına, yani evrenin hızlı bir üstel genişleme sürecinden geçtiği bir döneme daha yakından bakmamızı sağlayacak.”

Gökyüzündeki optik gözler

DESI cihazı, Ulusal Bilim Vakfı’nın Tucson, Arizona yakınlarındaki Kitt Peak Ulusal Gözlemevi’ndeki yenilenmiş Mayall Teleskobu’nda bulunuyor. Cihaz, teleskobun görüş alanını artıran optikleri içeriyor ve teleskobun görüş alanındaki nesnelerden spektroskopik veriler toplamak ve evrendeki galaksilerin ve kuasarların üç boyutlu konumlarını araştırmak için 5.000 robotik olarak kontrol edilen optik fiber içeriyor.

Rochester grubu 2017’den beri DESI’nin bir parçası. Grup üyeleri, 5.000 fiberin hedeflerine en iyi şekilde yönlendirilmesini sağlamak için yazılım geliştirme ve sorun giderme de dahil olmak üzere, cihazın devreye alınması ve çalıştırılmasında önemli roller oynadı.

Rochester grubu üyeleri ayrıca bulguların doğruluğunu ve güvenilirliğini daha iyi sağlamak için ölçümleri etkileyebilecek sistematik belirsizliklerin (potansiyel hatalar veya varyasyonlar) incelenmesi de dahil olmak üzere birinci yıl verilerinin doğrulanmasına önemli ölçüde katkıda bulundu.

Evrenin genişlemesini ve karanlık enerjiyi çözmek

DESI, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonraki koşulların oluşturduğu, galaksilerin takip ettiği devasa kabarcık benzeri yapılar olan baryon akustik salınımlarını (BAO) ölçmek için inşa edilmiştir. DESI, ilk yılında BAO’nun boyutunu ölçmek ve Hubble Sabiti olarak bilinen evrenin ne kadar hızlı genişlediğini tahmin etmek için spektroskopik örneğinden 5,7 milyon galaksi ve kuasar kullandı.

BAO aynı zamanda karanlık madde ve karanlık enerjinin yoğunluklarını sınırlamak için de kullanılıyor. Bilim insanları uzun süre evrenin sabit bir hızla genişlediğine inanıyordu, ancak 1999’da genişleme oranının hızlandığı tespit edildi. Karanlık enerjinin ivmeyi tetiklediği varsayılıyor.

Bazı teoriler, Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra evrenin enflasyonist büyümesine neden olduğu varsayılan skaler alana benzer bir veya daha fazla skaler alanın (evreni genişleten görünmez güçler) karanlık enerjiye katkıda bulunduğunu öne sürüyor.

2012 yılında İsviçre’deki CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısını kullanarak Higgs alanını keşfeden ekibin bir parçası olan Demina, “Şimdiye kadar insanlık tarafından yalnızca bir skaler alan biliniyor: Higgs alanı” diyor. “Şimdi bu tür alanların daha fazla olup olmadığını kontrol etme zamanı.”

DESI’nin yanıtlamaya çalıştığı diğer bir soru da, karanlık enerjinin evrenin her yerinde sabit bir değere sahip olup olmadığı (kozmolojik sabit olarak bilinir), ya da özelliklerinin zaman ve uzayda farklılık gösterip göstermediğidir. DESI’nin birinci yıldaki BAO ölçümleri kozmolojik bir sabitle uyumlu olsa da, karanlık enerjinin gelişen veya “dinamik” bir alan olduğunu öne süren bir modeli biraz destekliyorlar.

BenZvi’ye göre, “Karanlık enerjinin evrimleştiğini destekleyen kanıtlar çok ilginç olabilir ama aynı zamanda bir şans dalgalanması da olabilir. Bir sonraki veri grubuna bakana kadar emin olamayız. Şu anki tahmin 2025’in sonları. bir sonraki sürüm.”