Evren ne kadar büyük? Evrenin çok büyük olduğunu söyleyerek başlayalım. Herhangi bir yöne baktığımızda, Evrenin en uzak görünür bölgelerinin yaklaşık 46 milyar ışıkyılı uzaklıkta olduğu tahmin ediliyor. Bu 540 sextilyon (veya 54 ve ardından 22 sıfır) mil çapındadır. Ama bu gerçekten bizim en iyi tahminimiz – hiç kimse Evrenin gerçekte ne kadar büyük olduğunu tam olarak bilmiyor.
Bunun nedeni, Evren başladığından beri yalnızca ışığın (veya daha doğrusu Büyük Patlama'dan yayılan mikrodalga radyasyonunun) kat ettiği mesafeyi görebildiğimizdir. Evren 13,8 milyar yıl önce ortaya çıktığından beri, o zamandan beri dışa doğru genişlemektedir. Ancak Evren için de kesin bir yaş bilmediğimiz için, görebildiğimiz sınırların ne kadar ötesine uzandığını saptamayı zorlaştırıyor.
Bununla birlikte, gökbilimcilerin bunu yapmalarına yardımcı olmak için kullanmaya çalıştıkları bir özellik, Hubble Sabiti olarak bilinen bir sayıdır.
Chicago Üniversitesi'nden astrofizikçi Wendy Freedman, "Bu, evrenin şu anda ne kadar hızlı genişlediğinin bir ölçüsüdür" diyor. "Hubble Sabiti, Evrenin ölçeğini, hem boyutunu hem de yaşını belirler."
Evreni şişirilmiş bir balon gibi düşünmeye yardımcı olur. Bir balonun yüzeyindeki noktalar gibi yıldızlar ve galaksiler birbirinden daha hızlı uzaklaştıkça aralarındaki mesafe artar. Bizim bakış açımıza göre bu, bir galaksi bizden ne kadar uzaktaysa, o kadar hızlı uzaklaşıyor demektir.
Ne yazık ki, astronomlar bu sayıyı ne kadar çok ölçerse, Evren anlayışımıza dayanan tahminlere o kadar karşı çıkıyor gibi görünüyor. Bunu doğrudan ölçmenin bir yöntemi bize belirli bir değer verirken, Evrenle ilgili diğer parametreleri anlamamıza dayanan başka bir ölçüm farklı bir şey söylüyor. Ya ölçümler yanlıştır ya da Evrenimizin çalıştığını düşünme şeklimizde kusurlu bir şeyler vardır.
Ancak bilim insanları, büyük ölçüde Hubble Sabiti'nin gerçekte ne olduğunu bulmayı amaçlayan yeni deneyler ve gözlemler sayesinde artık bir cevaba yakın olduklarına inanıyorlar.
"Kozmologlar olarak karşı karşıya olduğumuz şey bir mühendislik zorluğudur: Bu miktarı mümkün olduğu kadar kesin ve doğru bir şekilde nasıl ölçebiliriz?" Princeton Üniversitesi'nde çalışan bir astronom olan Rachael Beaton, diyor.
Bu zorluğun üstesinden gelmek için, yalnızca onu ölçmek için verileri elde etmeyi değil, aynı zamanda ölçümleri mümkün olduğunca çok şekilde çapraz kontrol etmeyi de gerektirdiğini söylüyor. "Bir bilim insanı olarak benim bakış açıma göre bu, Agatha Christie tarzı bir gizemin içinde olmaktan çok bir bulmacayı bir araya getirmeye benziyor."
Hubble Sabiti'nin 1929'da adını taşıyan astronom - Edwin Hubble - tarafından yapılan ilk ölçümü, onu megaparsec (km/s/Mpc) veya 310 mil/s/Mpc başına saniyede 500km olarak belirledi. Bu değer, Dünya'dan baktığınız her bir megaparsek (3,26 milyon ışık yılına eşdeğer bir mesafe birimi) için, gördüğünüz galaksilerin bizden bir megaparsek daha yakın olanlardan 500km/s (310 mil/s) daha hızlı hızla uzaklaştıkları anlamına gelir.
Hubble'ın kozmik genişleme hızına ilişkin ilk tahmininden bu yana geçen yüzyıldan fazla bir süre sonra, bu sayı defalarca aşağı doğru revize edildi. Bugünün tahminleri bunu 67 ile 74 km/s/Mpc (42-46 mil/s/Mpc) arasında bir yere koyuyor.
Sorunun bir kısmı, Hubble Sabitinin onu nasıl ölçtüğünüze bağlı olarak farklı olabilmesidir.
Hubble Sabiti tutarsızlığının çoğu açıklaması, değerini ölçmenin iki yolu olduğunu söylüyor - biri yakındaki galaksilerin bizden ne kadar hızlı uzaklaştığını incelerken, ikincisi Büyük Patlama'dan sonra kaçan ilk ışık olan kozmik mikrodalga arka planını (CMB) kullanıyor.
Bu ışığı bugün hala görebiliyoruz, ancak evrenin uzak kısımlarının bizden uzaklaşması nedeniyle ışık, radyo dalgalarına doğru gerildi. İlk olarak 1960'larda tesadüfen keşfedilen bu radyo sinyalleri, bize Evrenin nasıl göründüğüne dair mümkün olan en eski bilgiyi veriyor.
Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra Evren'in ne kadar hızlı genişlediğini ölçmek mümkündür ve bu daha sonra bugünkü genişleme oranını çıkarmak için Standart Kozmoloji Modeline uygulanabilir. Bu Standart Model, Evrenin nasıl başladığına, neyden yapıldığına ve bugün çevremizde ne gördüğümüze dair elimizdeki en iyi açıklamalardan biridir.
Ama bir problem var. Gökbilimciler, yakındaki gökadaların bizden ne kadar uzaklaştıklarına bakarak Hubble Sabitini ölçmeye çalıştıklarında farklı bir rakam elde ederler.
Freedman, "Eğer [standart] model doğruysa, o zaman iki değerin – bugün yerel olarak ölçtüğünüz değer ile ilk gözlemlerden çıkardığınız değerin aynı fikirde olacağını düşünürsünüz," diyor. "Ve yapmıyorlar."
Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) Planck uydusu SPK'daki tutarsızlıkları önce 2014'te sonra tekrar 2018'de ölçtüğünde, Hubble sabiti için çıkan değer 67,4km (41,9 mil)/s/Mpc'dir. Ancak bu, Freedman gibi gökbilimcilerin yakındaki galaksilere bakarken ölçtüğü değerden yaklaşık %9 daha az.
Atacama Kozmoloji Teleskobu kullanılarak 2020'de SPK'nın diğer ölçümleri Planck'tan alınan verilerle ilişkilendirildi. Beaton, "Bu, birkaç kaynaktan Planck ile ilgili sistematik bir sorun olduğunu ekarte etmeye yardımcı oluyor" diyor. CMB ölçümleri doğruysa, geriye iki olasılıktan biri kalıyordu: ya yakındaki galaksilerden gelen ışığı kullanan teknikler kapalıydı ya da Standart Kozmoloji Modeli'nin değiştirilmesi gerekiyordu.
Evren gerçekten düşündüğümüzden daha hızlı genişliyorsa, şu anda kabul edilen 13,8 milyar yıldan çok daha genç olabilir.
Freedman ve ekibi, Hubble Uzay Teleskobu'ndan alınan verileri kullanarak Hubble sabitini ölçmek için komşu galaksilerdeki Cepheid değişkenlerini bizimkiyle ilk kullananlardı. 2001'de 72km (45 mil)/s/Mpc'de ölçtüler.
O zamandan beri, yerel galaksilerin incelenmesinden elde edilen değer aynı nokta etrafında gezindi. Aynı tür yıldızları kullanan başka bir ekip, 2019'da Hubble Uzay Teleskobu'nu kullanarak 74km (46 mil)/s/Mpc rakamına ulaştı . Sonra sadece birkaç ay sonra, başka bir astrofizikçi grubu, kuasarlardan gelen ışığı içeren farklı bir teknik kullanarak 73km (45 mil)/s/Mpc değerini elde etti .
Bu ölçümler doğruysa, Evrenin Standart Kozmoloji Modeli altındaki teorilerin izin verdiğinden daha hızlı genişliyor olabileceğini öne sürüyor. Bu, bu modelin – ve onunla birlikte Evrenin temel doğasını tanımlamaya yönelik en iyi girişimimizin – güncellenmesi gerektiği anlamına gelebilir. Şu anda cevap kesin değil, ancak durumun böyle olduğu kanıtlanırsa, sonuçlar derin olabilir.
Freedman, "Standart modelimiz olduğunu düşündüğümüzde bir şeylerin eksik olduğunu söylüyor olabilir" diyor. "Bunun nedenini henüz bilmiyoruz, ancak bu bir keşif için bir fırsat."
Standart Model yanlışsa, bunun anlamı, Evrenin neyden oluştuğuna dair modellerimizin, baryonik veya "normal" maddenin, karanlık maddenin, karanlık enerjinin ve radyasyonun göreceli miktarlarının tam olarak doğru olmadığıdır. Ve eğer Evren gerçekten düşündüğümüzden daha hızlı genişliyorsa, şu anda kabul edilen 13,8 milyar yıldan çok daha genç olabilir.
Tutarsızlık için alternatif bir açıklama, içinde yaşadığımız Evrenin parçasının Evrenin geri kalanına kıyasla bir şekilde farklı veya özel olması ve bu farkın ölçümleri çarpıtmasıdır.
Beaton, "Mükemmel bir benzetme olmaktan çok uzak, ancak gaz pedalına aynı basıncı uygulasanız bile bir yokuş yukarı veya aşağı indiğinizde arabanızın hızının veya ivmesinin nasıl değiştiğini düşünebilirsiniz" diyor. "Hubble sabitinde gördüğümüz uyuşmazlığın nihai nedeninin bu olma ihtimalinin düşük olduğunu düşünüyorum, ancak bu sonuçlara yapılan çalışmaları göz ardı etmemenin de önemli olduğunu düşünüyorum."
Ancak gökbilimciler, Hubble Sabitinin ne olduğunu ve ölçümlerden hangisinin doğru olduğunu belirlemeye yaklaştıklarını düşünüyorlar.
Freedman, "Heyecan verici olan şey, bunu bir ya da iki ya da üç yıl içinde oldukça kısa bir sürede gerçekten çözeceğimizi düşünüyorum" diyor. "Ufukta bu ölçümleri yapabileceğimiz doğruluğu artıracak o kadar çok şey var ki, sanırım bunun sonuna geleceğiz."
Bunlardan biri, 2013 yılında başlatılan ve yaklaşık bir milyar yıldızın konumlarını yüksek bir doğrulukla ölçen ESA'nın uzay gözlemevi Gaia. Bilim insanları bunu, paralaks adı verilen bir teknikle yıldızlara olan mesafeleri hesaplamak için kullanıyorlar.
Gaia Güneş'in yörüngesinde dönerken, uzaydaki bakış açısı değişir, tıpkı bir gözünüzü kapatıp bir cisme baktığınızda diğer gözünüzle biraz farklı bir yerde görünmesi gibi. Bu nedenle, Gaia, yörüngesi boyunca yılın farklı zamanlarında nesneleri inceleyerek, bilim adamlarının yıldızların kendi Güneş Sistemi'mizden ne kadar hızlı uzaklaştığını doğru bir şekilde çalışmasını sağlayacak.
Hubble Constant'ın değerinin ne olduğu sorusunu yanıtlamaya yardımcı olacak bir diğer tesis, 2021'in sonlarında piyasaya sürülecek olan James Webb Uzay Teleskobu. Kızılötesi dalga boylarını inceleyerek, yıldızlarla aramızdaki toz tarafından engellenmeyecek daha iyi ölçümlere olanak sağlayacaktır.
Bununla birlikte, Hubble Sabitindeki farkın devam ettiğini bulurlarsa, yeni fizik zamanı gelecek. Ve aradaki farkı açıklamak için birçok teori öne sürülmesine rağmen, hiçbir şey çevremizde gördüklerimize tam olarak uymuyor. Her potansiyel teorinin bir dezavantajı vardır. Örneğin, erken evrende başka bir tür radyasyon olabilir, ancak SPK'yı o kadar doğru ölçtük ki, bu pek olası görünmüyor. Başka bir seçenek de, karanlık enerjinin zamanla değişebilmesidir.
Freedman, "Bu, takip edilecek umut verici bir yol gibi görünüyordu, ancak şimdi karanlık enerjinin zamanın bir fonksiyonu olarak ne kadar değişebileceği konusunda başka kısıtlamalar var" diyor. "Bunu gerçekten yapmacık bir şekilde yapmak zorundasın ve bu pek umut verici görünmüyor." Bir alternatif, erken evrende henüz ortadan kaybolan karanlık enerjinin mevcut olmasıdır, ancak bunu yapmasının açık bir nedeni yoktur.
Bilim insanlarını neler olup bittiğini açıklayabilecek yeni fikirler hayal etmeye zorladı. Freedman, "İnsanlar bu konuda gerçekten çok çalışıyor ve bu heyecan verici" diye ekliyor. "Hiç kimsenin [açıklamanın] ne olduğunu henüz anlamamış olması, ortaya çıkacak iyi bir fikrin olmayacağı anlamına gelmez."
Bu yeni teleskopların ortaya koyduklarına bağlı olarak, Beaton ve Freedman kendilerini bir Agatha Christie romanına layık bir gizemin ortasında bulabilirler.
Önceki Yazı
Sonraki Yazı