Einstein’ın uzay mercekleri, evrenin genişlemesini aydınlatabilir

Yeni bir araştırma, araştırmacıların evrenin zaman içindeki genişleme oranını tahmin etmelerine yardım edebilecek anahtar veri olan Dünya’ya uzaklıklarını öngörebilmek bağlamında, kütle çekimsel mercekleri ele alıyor. Almanya’nın Garching kentinde bulunan Max Planck Astrofizik Enstitüsü’nde geçmişte astrofizikçi olarak görev yapan ve yeni araştırmanın başyazarı olan Inh Jee, “yeni yöntemin Hubble sabitini ölçmede benzersiz bir bakış açısı sağlama potansiyeli büyük” diyor.
Hubble Uzay Teleskobu’nun kaydettiği uzak kuasar RXJ1131-1231’e ait bu görüntüde, ön plandaki bir galaksi, arka plandaki kuasarın görüntüsünü parlak bir yay (solda) içinde dağıtır ve toplamda dört görüntü oluşturur; bu, ‘kütle çekimsel mercekleme’ olarak bilinen bir olgudur. (solda) Görsel: ESA/Hubble/NASA/Suyu vd.

Charles Q. Choi

Uzay-zaman dokusunda oluşan bükülmeler büyüteçler gibi davranabilir ve yeni bir çalışmanın ortaya koyduğu üzere, bu durum evrenin genişleme oranıyla ilgili kozmik gizemi çözmeye yardımcı olabilir.

NİHAİ SONUCA GÖTÜREBİLECEK Mİ?

Araştırmacılar, bu araştırmanın bir gün evrenin nihai kaderini aydınlatabilecek şekilde daha doğru kozmos modellerinin önünü açabileceğini ifade ediyorlar.

Evren, 13.8 milyar yıl önceki doğumundan beridir genişlemesini sürdürdü. Bilim insanları, ‘Hubble sabiti’ adıyla bilinen şu anki kozmik genişleme hızını ölçerek, evrenin sonsuza dek genişleyip genişlemeyeceğini anlamaya, ‘kendi içine mi çökecek yoksa tamamen parçalanacak mı’ sorusunu yanıtlayarak evrenin kaderini öğrenmeye çalışabilirler.

Şu anda Hubble sabitini ölçmek için iki ana strateji var. Bunlardan biri, ‘süpernovalar’ olarak bilinen yıldız patlamalarını ve bilim insanlarının özelliklerini iyi bildiği ‘Sefeid değişkenleri’ adı verilen titreşimli yıldızlar gibi yakın mesafedeki nesnelerin uzaklıklarıyla ilgili tahminlerde bulunmalarını içeriyor. Diğeriyse, Büyük Patlama’dan arta kalan radyasyonun zaman içinde nasıl değiştiğini inceleyerek ‘kozmik mikrodalga arka plan’ üzerinde yoğunlaşıyor.

Bununla birlikte, bu iki teknik, Hubble sabitinin değeri konusunda iki farklı sonuç ortaya koydu. Kozmik mikrodalga arka planından elde edilen veriler, evrenin megaparsek* (3.26 milyon ışık yılına eşdeğer bir mesafe) başına saniyede yaklaşık 67.5 kilometre oranında genişlediğini gösteriyor. Yanı sıra, yakın evrendeki süpernovalar ve sefeidlerden elde edilen veriler, megaparsek başına saniyede yaklaşık 74 km’lik bir oran ortaya koyuyor.

Bu tutarsızlık, Standart Kozmolojik Model’in -yani bilim insanlarının evrenin yapısı ve tarihiyle ilgili şu anki anlayışının- yanlış olabileceğinin bir göstergesi. ‘Hubble sabiti anlaşmazlığı’ adıyla bilinen bu tartışmanın çözülmesi, kozmosun evrimine de ışık tutabilir.

KÜLTE ÇEKİMSEL MERCEKLEME YENİ BİR YOL OLABİLİR

Yayınlanan yeni çalışmada, uluslararası bir araştırma grubu Hubble sabitini ölçmek için başka bir yol aradı. Bu strateji, Albert Einstein’ın genel görelilik teorisine göre, uzay-zamanın kütlesel çarpıklığının bir sonucu olarak kütle çekiminin tanımına bağlıdır. Kısaca, bir nesnenin kütlesi ne denli büyükse, gök cisminin etrafındaki uzay-zaman da o oranda bükülür ve bu sebeple nesnenin çekim kuvveti aynı oranda güçlenir.

Bu durum, kütle çekiminin bir mercek gibi ışığı da bükebileceği anlamına gelir; böylelikle büyük galaksilerce üretilenler gibi güçlü kütle çekim alanlarından görülen nesnelerin görüntüsü büyür. Külte çekimsel mercekler bir asır önce keşfedildi ve günümüzde gökbilimciler en büyük teleskoplarla bile tespit edilemeyecek uzaklıkta ve solgun nesnelerin özelliklerini görmek için sıklıkla bu mercekleri kullanıyorlar.

Yeni araştırma, araştırmacıların evrenin zaman içindeki genişleme oranını tahmin etmelerine yardım edebilecek anahtar veri olan Dünya’ya uzaklıklarını öngörebilmek bağlamında kütle çekimsel mercekleri ele alıyor.

Almanya’nın Garching kentinde bulunan Max Planck Astrofizik Enstitüsü’nde geçmişte astrofizikçi olarak görev yapan ve yeni araştırmanın başyazarı olan Inh Jee, space.com’a verdiği demeçte, “yeni yöntemin Hubble sabitini ölçmede benzersiz bir bakış açısı sağlama potansiyeli büyük,” diyor.

Bir kütle çekimsel merceğin Dünya’dan olan uzaklığını tahmin etmenin bir yolu, kütle çekimsel merceklemenin garip bir özelliğiyle ilişkilidir: Genelde, merceğin çevresinde görüntüsü büyütülen nesnelere ait birden fazla görüntü yaratır ve bu duruma “Einstein haçı” adı verilir. “Bu görüntüleri oluşturan ışık merceğin etrafında farklı mesafelerde yollar aldığı için, görüntüsü büyütülen bir nesnenin parlaklığında meydana gelen herhangi bir farklılaşma, bazı görüntülerde diğerlerinden daha önce görünür olacaktır. Merceğin kütlesi ne kadar büyük olursa, ışığın bükülmesi de o kadar büyük olur ve böylece görüntülere ilişkin gözlemlerin arasındaki zaman farkı o kadar açılır. Bilim insanları, bu ayrıntıları, merceğin kütle çekimsel alanının gücünü ve dolayısıyla kütlesini tahmin etmek amacıyla kullanabilirler.

ÖNCE MERCEĞİN UZAKLIĞI BULUNUYOR

Bu kütle ise daha sonra mesafeyi tahmin etmek amacıyla kullanılan hesaplamaları destekleyebilir. Buna karşın, bilim insanlarının önce ek bir hayati öne sahip ölçüme ihtiyaçları var.

Hubble Uzay Teleskobu’nun elde ettiği ve “Einstein haçı” adıyla bilinen bu görüntü, kütle çekimsel mercekleme işlevini yerine getirerek, hareket halinde olan ve yakındaki bir galaksi ile çarpışan uzak bir kuasara ait dört görüntüyü sergiliyor. Görsel: NASA / ESA/Stsci

Bir kütle çekimsel mercek galaksisinin Dünya’ya olan uzaklığını tahmin etmenin bir diğer yolu, mercek içindeki yıldızların konum ve hızlarını incelemeyi gerektiriyor. Bu ayrıntılar, kütle çekimsel merceklemeyi yaratan galaksinin yerçekimsel alanının kütlesi ve gücüne ilişkin tahminlerle birleştirilmesi halinde, bilim insanları mercek galaksisinin gerçek çapı hakkında tahmin yürütebilirler.
Bunun ardından, bir mercek galaksisinin gerçek çapını, Dünya’dan görülen halinin çapıyla karşılaştırabilirler. Bu değerler arasındaki fark, araştırmacıların, Dünya’dan gözlemlenen boyutlara sahip olması için, belirli bir galaksinin gerçek boyutlarının ne kadar olması gerektiğini tahmin etmelerine yardımcı olabilir.

DAHA FAZLA VERİ KESİNLİĞİ ARTIRACAK

Araştırmacılar bu tekniği iki kütle çekimsel mercek sistemine uyguladılar. Elde ettikleri sonuçlarda, megaparsek başına saniyede yaklaşık 82.4 km değerine sahip bir Hubble sabitine ulaştılar. Bu değerin Hubble sabiti için bulunan daha eski değerlerin her ikisinden de yüksek olmasına karşın, Jee bu yöntemde de hâlâ yüksek düzeyde bir belirsizlik olduğunu belirtiyor. Daha fazla veri ve daha fazla kesinliğe sahip bir yolla, bu teknik, daha eski değerlerin biri ya da diğeri lehine bir sonuca erişebilir yahut gerçekten de farklı bir üçüncü değere ulaşabilir, diyor.

Jee, “Bu, büyük belirsizliklere sahip yeni bir yöntem olduğu için, ölçümü kesinleştirmek doğrultusunda henüz yolun başındayız. Diğer yöntemlere iddialı bir hassasiyet düzeyi sağlamak için, mercek galaksilerindeki yıldızların hareketlerine dair daha iyi ölçümlere ihtiyacımız var.”

Jee “Bu yeni teknik, kozmik mikrodalga arka planına dayanarak Hubble sabitini ölçmeye çalışan stratejilere kıyasla, potansiyel bir avantaj sunuyor; ikincisi, evrenin zaman içerisindeki gelişimini tahmin etmek amacıyla kullanılan birkaç rakip kozmolojik modelden birine dayanıyor, ancak yeni yöntem öyle değil,” diyor.

Yakınlarda bulunan süpernovalara ve sefeid değişkenlerine dayanarak Hubble sabitini ölçmeye çalışan stratejilerle kıyaslandığında, bu yöntem başka bir avantaj daha sunuyor: Bu stratejilerde, yakın alanlar daha uzak evrenden önemli ölçüde farklılık gösteriyorsa, yakında bulunan nesnelere olan mesafelerin ölçülmesi mümkün olmayabiliyor.

Max Planck Astrofizik Enstitüsü’den araştırma ortak yazarı Sherry Suyu, “Yakın bir gelecekte, ölçümlerle ilgili belirsizliği büyük ölçüde azaltmamızı sağlayacak düzinelerce yeni mercek sistemine sahip olacağız,” diyor.

Jee, Suyu ve meslektaşları bulgularını Science adlı bilim dergisinin eylül ayında yayınlanan 13. sayısında paylaştılar.

* Parsek; gökbilimde kullanılan uzaklık ölçü birimidir. 1 Parsek, yaklaşık 3,26 ışık yılına eşdeğerdir. 1 Megaparsek 1 milyon Parsek değerindedir.

** Yazının aslı Space sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)