Kozmolojinin en büyük gizemlerinden birine çözüm

Yakın zamanda yapılan bir çalışma, evrenin genişleme hızı ölçümlerindeki tutarsızlık olan “Hubble geriliminin” alternatif MOND yerçekimi teorisi kullanılarak çözülebileceğini öne sürüyor. Bu teori, gözlemlenen farklılıklardan yerel madde yoğunluğundaki farklılıkların sorumlu olduğunu öne sürüyor.

Bonn ve St Andrews Üniversiteleri tarafından yürütülen çalışma, Hubble titreşimi için olası yeni bir açıklama öneriyor.

Evren genişliyor. Bunun ne kadar hızlı olduğu Hubble-Lameter sabiti olarak adlandırılan şeyle açıklanmaktadır. Ancak bu sabitin gerçek boyutu konusunda anlaşmazlıklar var: farklı ölçüm yöntemleri çelişkili değerler sağlıyor. Bu sözde “Hubble gerilimi” kozmologlar için bir gizem teşkil ediyor. Şimdi Bonn ve St Andrews Üniversitelerinden araştırmacılar yeni bir çözüm öneriyorlar: Alternatif bir yerçekimi teorisi kullanılarak ölçülen değerlerdeki tutarsızlık kolayca açıklanabilir – Hubble titreşimi ortadan kalkar. Çalışma şu anda şu adreste yayınlandı: Kraliyet Astronomi Topluluğunun (MNRAS) Aylık Bildirimleri.

Evrenin genişlemesini anlamak

Evrenin genişlemesi galaksilerin birbirlerinden uzaklaşmasına neden olur. Bunu yapma hızları aralarındaki mesafeyle orantılıdır. Örneğin A Galaksisinin Dünya’ya olan uzaklığı Galaksi B’nin iki katı ise, bize olan uzaklığı da iki kat daha hızlı artıyor. Amerikalı gökbilimci Edwin Hubble bu bağlantıyı ilk fark edenlerden biriydi.

İki galaksinin birbirinden ne kadar hızlı uzaklaştığını hesaplamak için aralarında ne kadar mesafe olduğunu bilmek gerekir. Ancak bu aynı zamanda bu mesafenin çarpılması gereken bir sabiti de gerektirir. Bu, kozmolojide temel bir parametre olan Hubble-Lameter sabitidir. Değeri örneğin evrenin çok uzak bölgelerine bakılarak belirlenebilir. Bu saatte yaklaşık 244.000 kilometrelik bir hız verir megaparsek Mesafe (bir megaparsek üç milyon ışık yılının biraz üzerindedir).

(Mavi; sarı noktalar bireysel galaksileri temsil eder.) Samanyolu (yeşil) maddenin az olduğu bir bölgede yer almaktadır. Balonun içindeki galaksiler daha yüksek madde yoğunluklarına (kırmızı oklar) doğru hareket ediyor. Bu nedenle evren baloncuğun içinde daha hızlı genişliyor gibi görünüyor. Resim kaynağı: A.G. Krupa/Bonn Üniversitesi

Ölçümlerde tutarsızlık

Helmholtz Radyasyon ve Nükleer Fizik Enstitüsü’nden Profesör Dr. Pavel Krupa şöyle açıklıyor: “Fakat bize çok daha yakın olan, patlayan yıldızların özel bir türü olan 1A sınıfı süpernovalar olarak adlandırılan gök cisimlerine de bakabilirsiniz.” Üniversite. Bonn Üniversitesi. Süpernova 1a’nın Dünya’ya uzaklığını çok kesin olarak belirlemek mümkün. Ayrıca parlak nesnelerin bizden uzaklaştıkça renk değiştirdiğini ve ne kadar hızlı hareket ederlerse değişimin o kadar güçlü olacağını da biliyoruz. Bu, bizden uzaklaştıkça sirenleri daha derin ses çıkaran bir ambulansa benzer.

Şimdi süpernova 1a’nın hızını renk kaymasından hesaplarsak ve bunu mesafeleriyle ilişkilendirirsek, Hubble-Lameter sabiti için farklı bir değere ulaşırız – milyon parsek mesafe başına saatte 264.000 kilometrenin biraz altında. Krupa, “Evrenin yakın çevremizde (yaklaşık üç milyar ışıkyılı uzaklıkta) bütünlüğünden daha hızlı genişlediği görülüyor” diyor. “Ve aslında durum böyle olmamalı.”

Ancak yakın zamanda bunu açıklayabilecek bir gözlem ortaya çıktı. Buna göre Dünya, uzayda nispeten az maddenin bulunduğu, pastanın içindeki hava kabarcığı gibi bir bölgede yer almaktadır. Baloncuğun etrafında maddenin yoğunluğu daha fazladır. Bu çevreleyen malzemeden yerçekimi kuvvetleri ortaya çıkıyor ve bu da baloncuğun içindeki galaksileri boşluğun kenarlarına doğru çekiyor. St Andrews Üniversitesi’nden Dr. Indranil Banik, “Bu yüzden bizden beklenenden daha hızlı uzaklaşıyorlar” diye açıklıyor. Bu nedenle anormallikler basitçe yerel “yoğunluk düşüşü” ile açıklanabilir.

Aslında başka bir araştırma grubu yakın zamanda 600 milyon ışıkyılı uzaklıktaki çok sayıda galaksinin ortalama hızını ölçtü. Mevcut çalışmaya katılan Krupa araştırma grubundan Sergey Mazurenko, “Bu galaksilerin bizden standart kozmoloji modelinin izin verdiğinden dört kat daha hızlı uzaklaştıkları tespit edildi” diye açıklıyor.

Evrenin hamurundaki kabarcık

Bunun nedeni, Standart Modelin bu kadar düşük yoğunlukları veya “kabarcıkları” sağlamamasıdır; bunların gerçekte var olmaması gerekir. Bunun yerine malzemenin uzayda eşit şekilde dağıtılması gerekir. Ancak durum böyle olsaydı galaksileri yüksek hızlara iten kuvvetleri açıklamak zor olurdu.

Krupa, “Standart Model, Albert Einstein’ın yerçekiminin doğasına ilişkin teorisine dayanıyor” diyor. “Ancak yerçekimi kuvvetleri Einstein’ın öngördüğünden farklı davranabilir.” Bonn ve St Andrews Üniversitelerinden çalışma grupları, bir bilgisayar simülasyonunda değiştirilmiş bir yerçekimi teorisi kullandı. Bu “Modifiye Newton Dinamiği” (kısaltması: MOND), kırk yıl önce İsrailli fizikçi Profesör Dr. Mordehai Milgrom tarafından önerildi. Bu güne kadar hala harici bir teori olarak kabul ediliyor. Krupa, “Hesaplamalarımızda MOND, bu tür baloncukların varlığını doğru bir şekilde tahmin ediyor” diyor.

Kütleçekiminin gerçekte Milgrom’un varsayımlarına göre davrandığı varsayılırsa Hubble gerilimi ortadan kalkardı: Aslında evrenin genişlemesi için tek bir sabit olurdu ve gözlemlenen sapmalar düzensiz madde dağılımından kaynaklanıyor olurdu.

Referans: Sergey Mazurenko, Indranil Banik, Pavel Krupa ve Moritz Hasselbauer, 02 Kasım 2023, “Hubble tensörünün ve 250 saat -1 megaparsek üzerinde gözlemlenen toplu akışın eşzamanlı çözünürlüğü”, Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.
doi: 10.1093/mnras/stad3357

Araştırmaya Bonn Üniversitesi’nin yanı sıra St. Andrews Üniversitesi (İskoçya) ve Prag’daki Charles Üniversitesi (Çek Cumhuriyeti) de katıldı. Çalışma Birleşik Krallık Bilim ve Teknoloji Tesisleri Konseyi tarafından finanse edildi.