Kozmik yapının büyümesi gizemli bir şekilde bastırıldı

Bilim insanları, kozmik yapıların Einstein’ın genel görelilik teorisinin öngördüğünden daha yavaş büyüdüğünü ve karanlık enerjinin daha önce düşünülenden daha baskın bir engelleyici rol oynadığını keşfettiler. Bu keşif, karanlık madde, karanlık enerji ve temel kozmolojik 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, uzayın boşluğu ise daha da boşalacak.

Ancak Michigan Üniversitesi’nden araştırmacılar, bu büyük yapıların büyüme hızının, Einstein’ın genel görelilik teorisinin öngördüğünden daha yavaş olduğunu keşfettiler.

Ayrıca karanlık enerji evrenin küresel genişlemesini hızlandırırken, araştırmacıların verilerinde kozmik yapının büyümesinin baskılanmasının teorinin öngördüğünden daha belirgin olduğunu da gösterdiler. Sonuçları 11 Eylül’de dergide yayınlandı. Fiziksel inceleme mektupları.

Kozmik ağ

Galaksiler, evrenimizin her yerinde dev bir kozmik örümcek ağı gibi birbirine bağlıdır. Dağılımları rastgele değildir. Bunun yerine, birlikte kümelenme eğilimindedirler. Aslında kozmik ağın tamamı, erken evrende küçük madde yığınları olarak başladı; bunlar yavaş yavaş bireysel galaksilere ve sonunda galaksi kümelerine ve filamentlere dönüştü.

“Kozmik zaman boyunca, küçük bir kütle öbeği, yerçekimi etkileşimi yoluyla yerel bölgesinden giderek daha fazla madde çekiyor ve biriktiriyor. Bölge yoğunlaştıkça, “Sonunda kendi yerçekimi altında çöküyor.”

“Yani, çöktükçe yığınların yoğunluğu artıyor. Büyümeden kast ettiğimiz şey bu. Bir, iki ve üç boyutlu çökmelerin bir yaprağa, bir ipliğe, bir düğüme benzediği bir tezgah gibi. Gerçek, bu üç durumun birleşimidir ve şeritler boyunca yaşayan galaksiler bulunurken, galaksi kümeleri (binlerce galaksiden oluşan kümeler) – evrenimizdeki yerçekimiyle sınırlanan en büyük nesneler – düğüm noktalarında bulunur.

Karanlık enerji ve kozmik genişleme

Evren sadece maddeden oluşmamıştır. Ayrıca muhtemelen karanlık enerji adı verilen gizemli bir bileşeni de içeriyor. Karanlık enerji, evrenin küresel ölçekte genişlemesini hızlandırıyor. Karanlık enerji evrenin genişlemesini hızlandırırken, daha büyük yapılar üzerinde tam tersi etki yapıyor.

Nguyen, “Yerçekimi, maddenin tedirginliklerinin büyük ölçekli yapıya dönüşmesini destekleyen bir amplifikatör görevi görüyorsa, o zaman karanlık enerji de bu bozulmalar üzerinde bir sönümleyici görevi görüyor ve yapının büyümesini yavaşlatıyor.” dedi. “Kozmik yapının nasıl bir araya gelip büyüdüğünü inceleyerek yerçekiminin ve karanlık enerjinin doğasını anlamaya çalışabiliriz.”

Metodoloji ve araştırmalar

Nguyen, Maryland Üniversitesi fizik profesörü Dragan Huterer ve Maryland Üniversitesi yüksek lisans öğrencisi Yuyu 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, olaydan hemen sonra yayılan fotonlardan oluşur. büyük patlama. Bu fotonlar evrenin ilk zamanlarının anlık görüntüsünü sağlıyor. Fotonlar teleskoplarımıza doğru ilerledikçe yolları bozulabilir veya yol boyunca uzanan geniş yapı nedeniyle yerçekimsel olarak etkilenebilir. Araştırmacılar bunları inceleyerek bizimle kozmik mikrodalga arka planı arasında yapı ve maddenin nasıl dağıldığını anlayabilirler.

Nguyen ve meslektaşları, galaksi şekillerinin zayıf kütleçekimsel merceklenmesine ilişkin benzer bir olgudan yararlandılar. Arka plandaki galaksilerden gelen ışık, ön plandaki madde ve galaksilerle olan çekimsel etkileşimler nedeniyle bozuluyor. Kozmologlar daha sonra araya giren maddenin nasıl dağıldığını belirlemek için bu çarpıklıkları çözerler.

Nguyen, “Önemli olan, CMB ve arka plandaki galaksiler bizden ve teleskoplarımızdan farklı mesafelerde olduğundan, galaksilerin zayıf kütleçekimsel merceklenmesi, madde dağılımlarını CMB’nin zayıf kütleçekimsel merceklenmesinden daha sonra keşfeder” dedi.

Yapının büyümesinin daha sonraki zamanlara kadar izini sürmek için araştırmacılar, yerel evrendeki galaksilerin hareketlerini de kullandılar. Galaksiler altta yatan kozmik yapıların yerçekimsel kuyularına düştüklerinde hareketleri doğrudan yapının büyümesini takip eder.

Nguyen, “Büyüme oranlarında tespit etmemiz muhtemel fark, günümüze yaklaştıkça daha da belirginleşiyor” dedi. “Bireysel ve kolektif olarak, bu farklı araştırmalar büyümenin engellendiğine işaret ediyor. Ya bu sondaların her birinde bazı sistematik hataları kaçırıyoruz, ya da standart modelimizde son çıkan bazı yeni fizikleri kaçırıyoruz.”

Stresle başa çıkma S8

Sonuçlar potansiyel olarak kozmolojideki sözde S8 gerilimine hitap ediyor. S8 yapının büyümesini açıklayan bir parametredir. Bilim adamlarının S8’in değerini belirlemek için iki farklı yöntem kullanması ancak aynı fikirde olmamaları gerilim yaratıyor. Kozmik mikrodalga arka planından gelen fotonları kullanan ilk yöntem, zayıf galaksinin yerçekimsel merceklenmesi ve galaksi kümesi ölçümlerinden elde edilen değerden daha yüksek bir S8 değerini gösterir.

Bu araştırmaların hiçbiri bugün yapı büyümesini ölçmüyor. Bunun yerine, yapıyı daha önceki zamanlarda incelediler, ardından Standart Modeli varsayarak bu ölçümleri günümüze uyarladılar. Evrenin erken dönemlerinde kozmik mikrodalga arka plan araştırmalarının yapısı, geç Evren’de ise zayıf galaktik yerçekimsel merceklenme ve küme araştırmalarının yapısı.

Nguyen’e göre araştırmacıların geç büyüme baskılamasına ilişkin bulguları, iki S8 değerinin tam bir uyum içinde olmasını sağlayacak.

Hutterer, “Displazinin baskılanmasının yüksek istatistiksel önemi bizi şaşırttı” dedi. “Dürüst olmak gerekirse, evrenin bize bir şeyler anlatmaya çalıştığını hissediyorum. Kozmologlar olarak şu anki görevimiz bu sonuçları yorumlamak.”

“Büyümenin baskılanmasına ilişkin istatistiksel kanıtları güçlendirmek istiyoruz. Ayrıca karanlık madde ve karanlık enerji ile Standart Modelde yapıların neden beklenenden daha yavaş büyüdüğüne ilişkin daha zor sorunun cevabını da anlamak istiyoruz. Bu etkinin nedeni şunlar olabilir: karanlık enerjinin ve karanlık maddenin yeni özellikleri ya da başka bir uzantı.” Genel görelilik ve Standart Model için bunu henüz düşünmedik.

Referans: Nhat Minh Nguyen, Dragan Hutterer ve Yue Wen tarafından yazılan “Konformal kozmolojik modelde yapı büyümesinin bastırılmasına ilişkin kanıt”, 11 Eylül 2023, Fiziksel inceleme mektupları.
doi: 10.1103/PhysRevLett.131.111001