Evrenin genişleme oranını ölçmenin yeni bir yolu: Redshift drift

1929’da Edwin Hubble, evrenin genişlediğine dair ilk somut kanıtı yayınladı. Vesto Slipher ve Henrietta Leavitt’in verilerinden yararlanan Hubble, galaktik mesafe ile kırmızıya kayma arasında bir ilişki olduğunu gösterdi. Bir galaksi ne kadar uzaksa, ışığı da o kadar çok spektrumun kırmızı ucuna kaymış gibi görünüyordu.

Artık bunun kozmik genişlemeden kaynaklandığını biliyoruz. Uzayın kendisi genişliyor, bu da uzak galaksilerin bizden uzaklaşıyormuş gibi görünmesine neden oluyor. Bu genişlemenin hızı Hubble parametresi olarak biliniyor ve değeri hakkında iyi bir fikrimiz olsa da, farklı sonuçlar arasında hala bir miktar gerilim var.

Bu gerilimi çözmenin zorluklarından biri şu ana kadar kozmik genişlemeyi yalnızca şu anda göründüğü haliyle ölçebiliyor olmamızdır. Bu aynı zamanda kozmik genişlemenin genel görelilikten mi yoksa Einstein’ın modelinin daha incelikli bir uzantısından mı kaynaklandığını belirleyemeyeceğimiz anlamına da geliyor. Ancak yeni ve güçlü teleskoplar yapıldıkça, kırmızıya kayma etkisi olarak bilinen olay sayesinde kozmik genişlemenin evrimini gözlemleyebiliriz.

Hubble parametresinin megaparsek başına yaklaşık 70 km/s değeri vardır. Bu, eğer bir galaksi yaklaşık 1 megaparsek uzaktaysa (yaklaşık 3 milyon ışıkyılı), galaksinin bizden yaklaşık 70 km/s hızla uzaklaşıyormuş gibi göründüğü anlamına gelir. Eğer bir galaksi 2 megaparsek uzaktaysa, yaklaşık 140 km/s hızla uzaklaşıyormuş gibi görünecektir. Bir galaksinin uzaklığı ne kadar büyük olursa görünür hızı da o kadar büyük olur.

Evren hâlâ genişlediğinden, galaksi her geçen yıl biraz daha uzaklaşıyor ve bu da onun kırmızıya kaymasının biraz daha artması gerektiği anlamına geliyor. Başka bir deyişle kozmik genişleme, galaksilerin kırmızıya kaymalarının zamanla kırmızıya daha fazla kayması gerektiği anlamına gelir.

Bu sapma son derece küçüktür. 12 milyar ışıkyılı uzaklıktaki bir galaksinin görünür hızı, ışık hızının yaklaşık %95’i kadar olurken, kayması her yıl yalnızca 15 cm/s olacaktır. Bu, mevcut teleskopların gözlemleyemeyeceği kadar küçük. Ancak Aşırı Büyük Teleskop (ELT) 2027’de veri toplamaya başladığında zaman içindeki bu kaymayı gözlemleyebilmelidir. Tahminler, 5-10 yıllık kesin gözlemlerden sonra ELT’nin 5 cm/s civarında kırmızıya kayma kaymalarını görebilmesi gerektiği yönünde.

Bu, evreni anlamamızda güçlü bir araç olacak olsa da, çok fazla veri ve çok zaman gerektirecek. Ön baskı sunucusunda yayınlanan yeni bir makale arXivyerçekimsel merceklemeyi kullanarak farklı bir yöntem önermektedir.

Yazarlar bu etkiyi kırmızıya kayma farkı olarak adlandırırlar. Ekip, bir galaksinin on yıllar boyunca kırmızıya kaymasını gözlemlemek yerine, daha yakın bir galaksi tarafından yerçekimsel olarak merceklenen uzak galaksileri aramayı öneriyor. Pek çok uzak gökada, bizimle uzaktaki gökada arasındaki daha yakın bir gökada tarafından merceklenir, ancak merceklenmiş gökadaların çoğu, ön plan gökadasının yanında tek bir çarpık yay şeklinde görünür.

Ancak bazen yerçekimsel merceklenme uzak bir galaksinin birden fazla görüntüsünü oluşturabilir. Uzaktaki galaksinin her görüntüsü bize ulaşmak için biraz farklı bir yol izlediğinden, her bir yolun mesafesi de biraz farklıdır. Yani bir galaksinin bizden uzaklaşmasını onlarca yıl beklemek yerine, galaksinin yıllar veya onyıllarca ayrılmış anlık görüntülerini alabiliriz. Her görüntünün biraz farklı bir kırmızıya kayması olacaktır ve bunları karşılaştırarak kırmızıya kaymayı ölçebiliriz.

Bu hala mevcut tespit yeteneğimizin ötesinde. Ancak ELT gibi teleskopların devreye girmesini beklerken, birden çok görüntüye sahip uzak mercekli gökadaları arayabiliriz. Bu şekilde, kırmızıya kayma kaymasını tespit etme yeteneğimiz olduğunda, sonuç için onlarca yıl beklemek zorunda kalmayacağız.