Yerçekimi merceği Hubble gerilimini doğruluyor

Evrenin genişlediğini uzun zamandır biliyoruz. Kozmik genişlemeyi gösteren ilk sağlam makale, Vesto Slipher, Milton Humason ve Henrietta Leavitt’in gözlemlerine dayanarak 1929’da Edwin Hubble tarafından yayınlandı.

Bu nedenle kozmik genişleme hızı Hubble sabiti veya Hubble parametresi H olarak bilinir.₀. Bu parametreden evrenin Büyük Patlama’dan bu yana yaşı gibi şeyleri hesaplayabilirsiniz, yani H’nin değerini bilirsiniz.₀ modern kozmoloji anlayışımızın merkezinde yer alır.

Başlangıçta Hubble parametresinin ölçülen değeri büyük ölçüde değişiklik gösteriyordu. Hubble’ın başlangıç ​​değeri 500 (km/s)/Mpc civarındaydı. 1960’lı yıllara gelindiğinde değer 50 ila 90 (km/s)/Mpc arasına düştü ve 20. yüzyılın büyük bölümünde bu değer devam etti. Daha kesin bir sonuç elde etmek zordu çünkü bunu hesaplama yöntemlerimiz sınırlıydı.

Bunların hepsi, her biri bir önceki yöntemi kullanan, giderek daha büyük kozmik mesafeleri hesaplamak için bir dizi gözlem kullanan kozmik mesafe merdivenine dayanıyordu. Ancak geçtiğimiz birkaç on yılda bu konuda oldukça iyiye gittik ve Hubble değeri 70 (km/s)/Mpc civarında sabitlenmiş gibi görünüyordu. Bundan sonra işler sorunlu olmaya başladı.

WMAP ve Planck gibi uydularla kozmik mikrodalga arka planının yüksek çözünürlüklü haritalarını almaya başladık. Bu arka plandaki dalgalanmalardan H’yi ölçmenin yeni bir yolunu bulduk.₀ ve 67–68 (km/s)/Mpc değerini elde edin. Aynı zamanda, uzaktaki süpernova gözlemleri ve kozmik uzaklık merdiveni, değeri 73-75 (km/s)/Mpc’ye düşürüyor.

Her iki yöntem de oldukça kesindir, ancak yine de tamamen aynı fikirde değillerdir. Bu anlaşmazlık artık Hubble gerilim problemi olarak biliniyor ve kozmolojideki en rahatsız edici gizemdir.

Hubble gerilimine neyin sebep olduğundan emin değiliz. Bu, gözlem yöntemlerimizden bir veya daha fazlasının temelde hatalı olduğu anlamına gelebilir veya karanlık enerji ve kozmik genişlemeyle ilgili gerçekten anlamadığımız bir şeyler olduğu anlamına gelebilir.

Ancak gökbilimciler genellikle bu gizemi çözmenin bir yolunun H’yi ölçmenin yollarını aramak olduğu konusunda hemfikirdir.₀ hem kozmik arka plandan hem de kozmik mesafe merdiveninden bağımsızdırlar. Böyle bir yöntem, yerçekimsel merceklenmeyi içerir.

Yerçekimi merceklenmesi, yerçekiminin uzayı bükmesi nedeniyle oluşur; bu, ışığın yolunun büyük bir kütlenin varlığı nedeniyle saptırılabileceği anlamına gelir. Yani, örneğin, uzak bir galaksi bizim görüş noktamızdan daha yakın bir galaksinin arkasındaysa, uzak galaksinin yerçekimsel olarak çarpık bir görüntüsünü veya hatta galaksinin birden fazla görüntüsünü görürüz.

Çoklu görüntü efektiyle ilgili ilginç olan şey, her görüntüden gelen ışığın, daha yakın olan galaksinin etrafında, her biri farklı bir mesafeyle, farklı bir yol kat etmesidir. Işığın hızı sonlu olduğundan, bu, her görüntünün bize galaksinin tarihin farklı zamanlarındaki bir görüntüsünü sunduğu anlamına gelir.

Bu, galaksiler için pek önemli değil, ancak süpernovalar için, kütleçekimsel merceklenmenin aynı süpernovayı birden çok kez gözlemlememize izin verebileceği anlamına gelir. Her süpernova görüntüsünün yolunu hesaplayarak her yolun göreceli mesafesini belirleyebiliriz ve her görüntünün görünümünü zamanlayarak gerçek mesafeyi belirleyebiliriz. Bu bize kozmik mesafe merdiveninden bağımsız bir ölçüm vererek Hubble parametresini ölçmenin yeni bir yolunu sunuyor.

Bu yöntem birkaç kez kullanıldı, ancak Hubble değerlerinin belirsizlikleri Hubble gerilimini giderecek kadar küçük değildi. Ancak bu yöntemi kullanan yeni bir çalışma yeterince kesindir. İş yayınlandı üzerinde arXiv ön baskı sunucusu.

Çalışma, SN H0pe adlı Tip Ia süpernovanın JWST görüntülerine dayanıyor. Bu, şimdiye kadar gözlemlenen en uzak süpernovalardan biridir ve daha az uzaktaki gökada kümesi G165 sayesinde ekip, SN H0pe’nin üç mercekli görüntüsünü yakaladı. Ekip, zamanlamaları, gözlemlenen parlaklıkları ve hesaplanan yolları kullanarak H’yi hesapladı.₀ 70–83 (km/s)/Mpc olacaktır. Bu hala diğer yöntemlere göre daha yüksek bir belirsizliğe sahiptir, ancak olağan mesafe merdiveni yöntemiyle uyumludur. Aynı zamanda kozmik mikrodalga arka plan yöntemine de açıkça karşı çıkıyor.

H0pe’ye rağmen Hubble gerilimi oldukça gerçek. Hatta bu yeni sonuç, konuyu daha da sıkıntılı hale getiriyor. Kozmik genişlemeyle ilgili anlamadığımız bir şey var ve artık daha iyi gözlemlerin bu gizemi tek başına çözemeyeceği açık.