Erken evrendeki maddenin bir sanatçı tarafından temsili, yavaş yavaş geç evrendeki büyük kozmik yapılara dönüşüyor. Katkıda bulunanlar: Minh Nguyen, Michigan Üniversitesi ve Thanh Nguyen (eş)
Bilim insanları kozmik yapıların Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı’nın öngördüğünden daha yavaş büyüdüğünü ve karanlık enerjinin daha önce düşünülenden daha baskın bir engelleyici rol oynadığını keşfettiler. Bu bulgu karanlık madde, karanlık enerji ve temel kozmik teorilere ilişkin anlayışımızı yeniden şekillendirebilir.
Evren geliştikçe, bilim adamları büyük kozmik yapıların belirli bir oranda büyüyeceğini bekliyorlar: Galaksi kümeleri gibi yoğun bölgeler daha da yoğunlaşacak, uzay boşluğu ise daha da boşalacak.
Ancak Michigan Üniversitesi araştırmacıları, bu büyük yapıların büyüme hızının, Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı tarafından tahmin edilenden daha yavaş olduğunu keşfettiler.
Ayrıca, karanlık enerji evrenin küresel genişlemesini hızlandırdıkça, araştırmacıların verilerinde gördükleri kozmik yapı büyümesinin bastırılmasının, teorinin öngördüğünden daha belirgin olduğunu da gösterdiler. Sonuçları 11 Eylül’de dergide yayınlandı. Fiziksel İnceleme Mektupları.
Kozmik Ağ
Galaksiler evrenimizin her tarafına dev bir kozmik örümcek ağı gibi örülmüşlerdir. Dağılımları rastgele değildir. Bunun yerine, birlikte kümelenme eğilimindedirler. Aslında tüm kozmik ağ, erken evrende küçük madde yığınları olarak başladı; bunlar yavaş yavaş bireysel galaksilere ve sonunda galaksi kümelerine ve filamentlere dönüştü.
“Kozmik zaman boyunca, başlangıçta küçük bir kütle kümesi, yerçekimi etkileşimi yoluyla yerel bölgesinden giderek daha fazla madde çekiyor ve biriktiriyor. Bölge giderek yoğunlaştıkça, sonunda kendi yerçekimi altında çöküyor,” dedi çalışmanın baş yazarı ve UM Fizik Bölümü’nde doktora sonrası araştırma görevlisi Minh Nguyen.
“Yani çöktükçe kümeler daha da yoğunlaşıyor. Büyümeden kastettiğimiz budur. Bir, iki ve üç boyutlu çökmelerin bir çarşaf, bir filament ve bir düğüm gibi göründüğü bir kumaş tezgahına benziyor. Gerçekte her üç durumun bir karışımı var ve filamentler boyunca yaşayan galaksiler var, düğüm noktalarında ise evrenimizdeki yerçekimiyle sınırlanan en büyük nesneler olan binlerce galaksiden oluşan gruplar olan galaksi kümeleri var.
Karanlık Enerji ve Kozmik Genişleme
Evren sadece maddeden ibaret değildir. Ayrıca muhtemelen karanlık enerji adı verilen gizemli bir bileşeni de içeriyor. Karanlık enerji, evrenin küresel ölçekte genişlemesini hızlandırıyor. Karanlık enerji evrenin genişlemesini hızlandırırken, büyük yapılar üzerinde tam tersi etki yaratıyor.
Nguyen, “Yerçekimi, madde tedirginliklerinin büyük ölçekli yapıya dönüşmesini güçlendiren bir yükseltici gibi davranıyorsa, o zaman karanlık enerji de bu bozulmaları sönümleyen ve yapının büyümesini yavaşlatan bir zayıflatıcı gibi davranıyor” dedi. “Kozmik yapının nasıl kümelendiğini ve büyüdüğünü inceleyerek yerçekiminin ve karanlık enerjinin doğasını anlamaya çalışabiliriz.”
Metodoloji ve Araştırmalar
Nguyen, UM fizik profesörü Dragan Huterer ve UM yüksek lisans öğrencisi Yuewei Wen, çeşitli kozmolojik araştırmaları kullanarak büyük ölçekli yapının kozmik zaman boyunca zamansal büyümesini inceledi.
Ekip ilk olarak kozmik mikrodalga arka plan adı verilen şeyi kullandı. Kozmik mikrodalga arka planı veya CMB, patlamanın hemen ardından yayılan fotonlardan oluşur. Büyük patlama. Bu fotonlar evrenin ilk zamanlarının anlık görüntüsünü sağlıyor. Fotonlar teleskoplarımıza doğru ilerledikçe, yol boyunca uzanan büyük ölçekli yapı nedeniyle yolları bozulabilir veya yerçekimsel olarak merceklenebilir. Bunları inceleyerek araştırmacılar, bizimle kozmik mikrodalga arka planı arasındaki yapı ve maddenin nasıl dağıldığını anlayabilirler.
Nguyen ve meslektaşları, galaksi şekillerinin zayıf yerçekimsel merceklenmesiyle ilgili benzer bir olgudan yararlandılar. Arka plandaki galaksilerden gelen ışık, ön plandaki madde ve galaksilerle olan yerçekimsel etkileşimler nedeniyle bozulur. Kozmologlar daha sonra araya giren maddenin nasıl dağıldığını belirlemek için bu çarpıklıkları çözerler.
Nguyen, “CMB ve arka plandaki gökadalar bizden ve teleskoplarımızdan farklı mesafelerde yer aldığından, galaksinin zayıf yerçekimsel merceklenmesi, madde dağılımlarını tipik olarak CMB zayıf yerçekimsel merceklenmesiyle incelenene kıyasla daha geç bir zamanda araştırıyor” dedi.
Yapının büyümesini daha sonraki bir zamana kadar takip etmek için araştırmacılar, yerel evrendeki galaksilerin hareketlerini de kullandılar. Galaksiler altta yatan kozmik yapıların yerçekimi kuyularına düştükçe hareketleri doğrudan yapının büyümesini izler.
Nguyen, “Potansiyel olarak keşfettiğimiz bu büyüme oranlarındaki fark, günümüze yaklaştıkça daha da belirginleşiyor” dedi. “Bu farklı problar bireysel ve toplu olarak büyümenin baskılandığını gösteriyor. Ya bu araştırmaların her birinde bazı sistematik hataları kaçırıyoruz ya da standart modelimizde bazı yeni, ileri dönem fiziklerini kaçırıyoruz.”
S8 Gerilimini Ele Alma
Bulgular potansiyel olarak kozmolojideki sözde S8 gerilimine hitap ediyor. S8 yapının büyümesini tanımlayan bir parametredir. Gerilim, bilim adamlarının S8’in değerini belirlemek için iki farklı yöntem kullanması ve aynı fikirde olmaması durumunda ortaya çıkıyor. Kozmik mikrodalga arka planından gelen fotonları kullanan ilk yöntem, galaksinin zayıf yerçekimsel merceklenmesi ve galaksi kümelenmesi ölçümlerinden elde edilen değerden daha yüksek bir S8 değerini gösterir.
Bu araştırmaların hiçbiri bugünkü yapının büyümesini ölçmüyor. Bunun yerine, yapıyı daha erken zamanlarda inceliyorlar, ardından standart modeli varsayarak bu ölçümleri şimdiki zamana tahmin ediyorlar. Kozmik mikrodalga arka plan, erken evrendeki yapıyı incelerken, galaksinin geç evrendeki zayıf yerçekimsel merceklenmesi ve kümelenme sonda yapısı.
Nguyen’e göre, araştırmacıların büyümenin geç dönemde bastırıldığı yönündeki bulguları, iki S8 değerinin mükemmel bir uyum içinde olmasını sağlayacaktır.
Huterer, “Anormal büyüme baskılamasının yüksek istatistiksel önemi bizi şaşırttı” dedi. “Dürüst olmak gerekirse evrenin bize bir şeyler anlatmaya çalıştığını hissediyorum. Bu bulguları yorumlamak artık biz kozmologların görevidir.
“Büyümenin baskılanmasına ilişkin istatistiksel kanıtları daha da güçlendirmek istiyoruz. Karanlık madde ve karanlık enerjinin standart modelinde yapıların neden beklenenden daha yavaş büyüdüğüne ilişkin daha zor sorunun cevabını da anlamak istiyoruz. Bu etkinin nedeni, karanlık enerjinin ve karanlık maddenin yeni özelliklerinden veya Genel Göreliliğin ve henüz düşünmediğimiz standart modelin başka bir uzantısından kaynaklanıyor olabilir.”
Referans: Nhat-Minh Nguyen, Dragan Huterer ve Yuewei Wen tarafından yazılan “Uyum Kozmolojik Modelinde Yapı Büyümesinin Bastırılmasına İlişkin Kanıt”, 11 Eylül 2023, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.111001