Yeni yaklaşım, evrenin genişlemesine ekstra bir ivme kazandırmak ve Hubble gerilimini çözmek için gözlemlenen yerel denetimli boşluğu kullanıyor

Gökbilimciler bir asırdır evrenin genişlediğini biliyorlardı. Artık bu genişlemenin izini neredeyse 14 milyar yıllık tarihinin çoğunda izleyebiliriz; önemli kısıtlamalar Büyük Patlama’dan sadece bir saniye sonrasına kadar uzanır! Bugünkü genişleme hızı Hubble sabiti (H) olarak bilinir.₀).

H’yi bulabiliriz₀ Kozmik tarihteki erken veya geç zamanlardaki gözlemleri kullanmak, ancak bunlar farklı cevaplar veriyor. Bu tutarsızlık, kozmoloji için gerçek bir kriz olan “Hubble gerilimi” olarak biliniyor.

H’ye giden ilk rota₀ Büyük Patlama’dan kalan ışık olan kozmik mikrodalga arka planını (CMB) içerir. Hangi yöne bakarsak bakalım hemen hemen aynı, ancak SPK’da %0,001’lik dalgalanmalar var ve bunlar karakteristik bir yapıya sahip. Tıpkı bir gitar telinin uzunluğuna bağlı olarak yalnızca belirli frekanslarda ses çıkarması gibi, aynı durum CMB için de geçerlidir.

CMB gökyüzündeki hangi açıların daha fazla “gürültüye” sahip olduğunu ve hangilerinin daha az “gürültüye” sahip olduğunu ölçerek, esasen erken evreni dinleyebilir ve CMB’nin yayıldığı andaki boyutunu bulabiliriz.

Lambda-Soğuk Karanlık Madde (ΛCDM) olarak bilinen standart kozmoloji modeli kullanılarak bu bilginin ayrıntılı modellenmesi, iyi bir uyumun yalnızca H’yi içeren kesin bir kozmolojik parametreler dizisi için mümkün olduğunu gösterir.₀ ve diğer şeylerin yanı sıra madde ve karanlık enerjinin yoğunlukları.

Mevcut genişleme hızına ilişkin bu net tahmin, yakındaki evrende test edilebilir. Ne kadar uzağa bakarsak, ışık o kadar uzun süre yol alıyor ve bu süre içinde evren o kadar genişliyor.

Bu genişleme aynı zamanda bireysel fotonları da uzatarak daha uzaktaki galaksilerin ve süpernovaların daha kırmızı görünmesini sağlar. Bu “kırmızıya kaymayı” süpernovaya olan uzaklığa karşı bir “Hubble diyagramı” üzerinde çizerek, Hubble yasası olarak bilinen neredeyse doğrusal bir ilişki elde ederiz. Eğimi bize H’yi söyler₀.

Bu yaklaşım sürekli olarak H’yi verir₀ değerler SPK’ya göre yaklaşık %8 daha yüksektir, ancak hata payı %2’nin altındadır; dolayısıyla Hubble gerilimi de vardır.

Yerel ölçüm, kırmızıya kaymaya tek önemli katkının kozmik genişleme olduğunu varsayıyor. Bu, yakın galaksilerin çoğu için geçerli değildir: Andromeda’nın maviye kayması vardır çünkü evren daha büyük ölçeklerde genişlese bile, karşılıklı çekimleri sayesinde Samanyolu’na yaklaşmaktadır.

Yerel yapının etkisini en aza indirmek için gökbilimciler H’yi ölçerken genellikle yaklaşık 300 milyon ışıkyılı uzaklıktaki süpernovaları dikkate almazlar.₀. Ancak genişleme hızı zaman içinde değiştiğinden ve bu da kırmızıya kayma ile mesafe arasındaki ilişkiyi eğrilttiğinden, bunlar da 2 milyar ışıkyılı ötesine geçmiyor. Bu, H’nin ölçüleceği bir “pencere” bırakır₀ Hubble diyagramından.

Yerel bir boşluk nasıl yardımcı olabilir?

Peki bu pencere ne kadar temiz? Belki de yaygın olarak inanıldığı kadar temiz değildir. Elektromanyetik spektrumun tamamındaki gözlemler, ortalamanın altında yoğunluğa sahip geniş bir bölgenin merkezine yakın bir yerde bulunduğumuzu güçlü bir şekilde ortaya koyuyor. Bu kozmik boşluk, galaksi sayı sayımlarını kullanan kaşiflerden sonra KBC boşluğu olarak biliniyor.

Madde KBC boşluğundan daha yoğun çevreye doğru akacaktır. Bu, kozmik genişlemenin yanı sıra ekstra “tuhaf” hızlar yaratacaktır. Bu tuhaf hızlar büyük ölçüde bizden uzağa işaret edecek ve yerel H’yi güçlendiren ekstra bir kırmızıya kayma yaratacaktır.₀ ölçüm.

Aşırı kırmızıya kayma ilk başta mesafe arttıkça artacak, ardından tekrar boşluğun ötesine düşecekti. 2020 tarihli bir makalemizde bunun Hubble gerilimini çözebileceğini ve evrendeki bölgemizin bizden bir milyar ışıkyılı uzaklıkta ortalamadan yaklaşık %20 daha az yoğun olması koşuluyla galaksi sayısı sayımlarını açıklayabileceğini göstermiştik.

Bu kadar büyük ve derin bir süperboşluk standart teoride beklenmeyen bir durumdur. Ancak dev yaylardan ve gaz bulutu halkalarından El Gordo gibi kendi zamanlarına göre çok büyük olan galaksi kümesi çarpışmalarına kadar yapıların tahmin edilenden daha hızlı büyüdüğüne dair çeşitli ipuçları var.

Modellerimizde, KBC boşluğunu oluşturmak için yer çekiminin gücünü yapay olarak artırmak zorunda kaldık. Bu değişikliğin, yalnızca yerçekimi kuvvetinin test edilmesinin zor olduğu yaklaşık on milyon ışıkyılı ötesindeki uzunluk ölçeklerini etkileyeceğini düşünüyoruz.

Yerel boşluk modelinin test edilmesi

yakın zamanda çalışmakyerel boşluk fikrini daha da test ettik. Daha önce yayınlanmış yerel boşluk modelimizi kullanarak, yakın evrende tahmin ettiği hız alanını hesapladık. Araştırma dergide yayımlandı Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.

Bu, boşluğun içinde tam olarak nerede bulunduğumuza bağlıdır. Uygun bir bakış noktası seçerek, sabit yarıçaplı bir küre içindeki tüm maddenin ortalama hızı olan “yığın akışı” ile iyi bir eşleşme elde etmenin mümkün olduğunu bulduk. Gökbilimcilerin yalnızca görüş hattı boyunca hızlara erişmeleri nedeniyle bazı teknik özellikler vardır, ancak asıl nokta, toplu akışın herhangi bir H varsayımı olmadan ölçülebilmesidir.₀.

Toplu akış, dikkate alınan bölgenin büyüklüğüne bağlıdır ve sonuçlar artık bir milyar ışıkyılının biraz üzerindedir. Modelimiz bu gözlemlere iyi bir uyum sağlıyor. Bununla birlikte, en büyük yarıçaplarda gözlemlenen toplu akış, ΛCDM beklentisinin dört katıdır.

Diğer bazı testler üzerinde çalışıyoruz. Bunlardan biri baryon akustik salınımlarını (BAO’lar) “standart cetvel” olarak kullanıyor. CMB’de belirgin olan salınımlar, maddenin büyük ölçeklerdeki dağılımına damgasını vurdu ve galaksi araştırmalarında belirgin bir karakteristik uzunluk ölçeğine yol açtı. Bu uzunluk yalnızca evrensel genişleme nedeniyle büyür.

Bu standart cetvelin açısal ölçeğini farklı zamanlarda ölçerek genişleme geçmişini haritalandırabiliriz. Yerel evrende boşluksuz kozmolojiden hafif bir sapma açıkça görülmelidir çünkü boşluktan dışarı akış kırmızıya kaymayı arttırır, kırmızıya kayma ile BAO açısal ölçeği arasındaki ilişkiyi bozar. Son yirmi yıldaki BAO ölçümleri tam da bu tür bir sapmayı gösteriyor.

ΛCDM, Hubble gerilimini çözemez veya gözlemlenen kadar büyük ve derin bir boşluğu açıklayamaz. Belki de kozmologların kendilerini gerçek bir deliğin içinde doğru noktaya yerleştirerek Hubble gerilimi olan delikten kendilerini kazmaları gerekiyor.

Bu hikayenin bir parçası Bilim X İletişim KutusuAraştırmacıların yayınlanmış araştırma makalelerinden elde edilen bulguları bildirebilecekleri yer. Bu sayfayı ziyaret edin Science X Dialog ve nasıl katılacağınız hakkında bilgi için.

Doktora derecem var. Saint Andrews Üniversitesi’nden mezun oldu ve burada doktora sonrası eğitimin yanı sıra Bonn’da üç yıl boyunca Humboldt bursu aldı. 2019’dan bu yana bir milyar ışıkyılı yarıçaplı boşlukta bulunma olasılığı üzerinde, tüm elektromanyetik spektrumdaki boşluğu gösteren gözlemlerden ve boşluğun Hubble gerilimini çözme olasılığından hareketle çalıştım.

Şu anda Portsmouth Üniversitesi Kozmoloji ve Yerçekimi Enstitüsü’nde patronum Harry Desmond’la birlikte bu fikri test etmek için dünya çapındaki diğer araştırmacılarla birlikte çalışıyorum.