Evren her yerde aynı şekilde davranıyor mu? Zayıf yerçekimi mercekleri bir cevap verebilir

Yayınlanan bir çalışma Kozmoloji ve Astroparçacık Fiziği Dergisi (JCAP) Kozmolojik prensip olarak bilinen kozmik homojenlik ve izotropi varsayımını test etmek için, zayıf yerçekimi lensinden yararlanarak – genel görelilik tarafından tanımlanan hafif bir bozulma etkisi – Öklid uzay teleskopu gibi yeni gözlemleyiciler tarafından toplanan astronomik görüntülerde. Kozmolojik prensipte anormalliklerin kanıtlarını bulmak, evreni mevcut anlayışımız için derin etkileri olabilir.

“Kozmolojik prensip, nihai bir tür alçakgönüllülük ifadesi gibidir,” diye açıklıyor Batı Cape Üniversitesi, Cape Town, Güney Afrika’daki astrofizikçi ve yeni makalenin baş yazarı. Kozmolojik prensibe göre, sadece evrenin merkezinde değil, aynı zamanda gerçek bir merkez de yok.

Homojenlikten farklı ancak farklı ve bağımsız bir başka varsayım, evrenin de izotropik olmasıdır, yani tercih edilen yönleri yoktur. Bu varsayımlar, evrenin kökenini, evrimini ve mevcut durumunu açıklamak için kullanılan teorik çerçevenin standart kozmoloji modelinin temelini oluşturur. Şu anda, henüz mükemmel olmasa da, çok sayıda bilimsel gözlemle doğrulanan en sağlam ve tutarlı modeldir.

Aslında, bazı yeni kozmolojik gözlemler, aşırı büyük ölçeklerde anizotropiler olabileceğini – evrenin yapısında izotropi varsayımına meydan okuyan değişimler olabileceğini düşündürmektedir.

Bu anomaliler farklı yöntemler kullanılarak tanımlanmıştır ve evrenin genişleme oranının çelişkili ölçümlerini, kozmik mikrodalga arka plan radyasyonunun çalışmalarını ve kozmolojik verilerdeki çeşitli tutarsızlıkları içerir. Ancak, bu gözlemler henüz kesin değildir.

Ölçüm hatalarını dışlamak için bağımsız metodolojiler kullanılarak daha fazla veri toplanmalıdır. Birden fazla teknik aynı anomalileri onaylarsa, varlıklarının reddedilmesi çok daha zor hale gelir.

Yayınlanan yeni çalışma JCAP Adam ve meslektaşları tarafından Euclid gibi enstrümanlardan gelen gözlemleri kullanarak evrenin izotropisini test etmek için yeni bir metodoloji geliştirdiler. Euclid, 2023 yılında piyasaya sürülen bir ESA uzay teleskopudur, bu da kozmosun görüntülerini benzeri görülmemiş güç, hassasiyet ve çözünürlükle üretmeye başladı.

Adam, “Zayıf yerçekimi lensini içeren farklı bir anizotropi kısıtlamak için farklı bir yöntem araştırdık” diyor. Zayıf lensleme meydana gelir, çünkü aradaki madde ve uzak bir galaksi galaksinin ışığını hafifçe büker ve görünen şeklini değiştirir. Bu özel bozulma türü, evrende anizotropilerin var olup olmadığını ortaya çıkarabilir.

Aslında, zayıf mercek verilerinin analizi, bilim adamlarının sinyali iki bileşene ayırmasına izin verir: tipik olarak çok zayıf olan bir izotropik ve homojen evrende maddenin dağılımı ile üretilen E-Mod kesme ve izotropik bir evrende büyük ölçeklerde görünmemelidir.

Basitçe B-modlarını büyük ölçeklerde gözlemlemek, bu sinyaller çok zayıf olduğundan ve ölçüm hatalarından veya ikincil etkilerden kaynaklanabileceğinden anizotropileri doğrulamak için yeterli olmaz.

Bir anizotropi gerçekse, hem E-modları hem de B-modlarını bağımsız olmayan bir şekilde etkiler ve iki sinyal arasında bir korelasyon üretir. Sadece Euclid’in verileri E- ve B-modları arasında anlamlı bir korelasyon ortaya çıkarsa, evrenin anizotropik bir genişlemesini önerir.

Sonraki adımlar ve olası sonuçlar

Çalışmalarında Adam ve meslektaşları, bir anizotropik evren genişlemesinin bir bilgisayar üzerindeki etkilerini simüle ettiler ve izotropiden sapmaların zayıf lens sinyalini nasıl değiştireceğini açıklayan bir model geliştirdiler.

Daha sonra, anizotropik bir evrenin iki sinyal arasında bir korelasyon üreteceğini göstermek için EB çapraz korelasyonunu hesapladılar ve modellerini gelecekteki Öklid verilerine uyguladılar ve bu gözlemlerin potansiyel anizotropileri tespit etmek için yeterince kesin olacağını gösterdi.

Euclid zaten bu analizler için yararlı veriler sağlamaya başlıyor ve yeni gözlemevleri yakında çevrimiçi olacak. Artık uygun metodolojiyi geliştirdiklerine göre, Adam ve meslektaşları bunu gerçek verilere uygulamak istiyorlar.

Adam, “Çalışmanızı dört kat kontrol ettikten sonra, bu temel varsayımın gerçekten doğru olup olmadığını, özellikle de geç evrende gerçekten doğru olup olmadığını ciddi olarak düşünmelisiniz. Yoksa belki de asla doğru değildi.”

Bu anomaliler doğrulanırsa, kozmolojide yeni bir bölüm açacaklardı. Yine de kolay olmayacak: anizotropileri öngören alternatif teorik modeller var, ancak hiçbiri standart model kadar sağlam veya yaygın olarak kabul edilmiyor.

Bununla birlikte, herhangi bir teorik revizyon, belirsiz kalan anizotropinin kapsamına da bağlı olacaktır. “Bu ciddi bir revizyon olabilir,” diye bitiriyor Adam, “ya da sadece burada veya orada küçük bir terim ekliyor. Kim bilir?”