Çarpık Evren: Evren Simetrik mi Yoksa Yamuk mu?
Kozan Demircan | 12/04/2020 | Bilim-Teknoloji | 1 Yorum
Bilim insanları evrenin yamuk olabileceğini ortaya çıkardı. Bu da kozmolojide kozmik enflasyon krizine yol açtı. Bugüne dek evrenin büyük patlamadan beri her yönde eşit hızla genişlediğini, yani simetrik olduğunu sanıyorduk ama patates gibi yamru yumru da olabilir. Çarpık evren uzay-zamanın büyük patlamayla oluşumunu açıklayan kozmik enflasyon teorisine aykırıdır. Bunu nasıl çözeriz?
Evren çarpık ise ne olur?
Evren büyük patlamayla oluştu ve o andan beri sürekli genişliyor. Bilim insanları evrenin her yönde eşit genişlediğini, yani simetrik olduğunu düşünüyor. Evrenin geçmişteki ve bugünkü genişleme hızını buna göre ölçüyor. Yaşadığımız Samanyolu galaksisinin evrendeki konumunu ve Shapley Çekicisi denilen süper galaksi kümesine ne hızla gittiğini de evrenin simetrik olduğu varsayımına göre ölçüyoruz.
Keza evrenin son 5 milyar yılda gittikçe hızlanarak genişlemesini sağlayan karanlık enerjinin şiddetini ve hatta karanlık madde miktarını hep evrenin simetrik olduğunu varsayarak ölçüyoruz. Büyük patlamadan kalan ses dalgalarında anlattığım gibi karanlık madde süper galaksi kümelerini oluşturdu ve bu nedenle karanlık maddenin miktarıyla dağılımı evrenin simetrik olduğu varsayımına bağlı.
Oysa X-ışını teleskoplarıyla yapılan yeni süper galaksi kümesi gözlemleri evrenin çarpık olabileceğini gösteriyor! Evren farklı yönlerde farklı hızlarda genişliyorsa uzay büyük patlamayla birlikte tam ortadan şişen simetrik bir balon gibi değil de patates gibi yumru yumrudur. O zaman da evrenin büyük patlamadan önce ışıktan hızlı genişlediğini söyleyen ve modern kozmolojinin temelini oluşturan kozmik enflasyon yanlış olacaktır. Kozmolojide çıkan ikinci kozmik enflasyon krizini nasıl çözeriz?
Büyük patlamadan kalan ilk ışığın izi olan kozmik mikrodalga artalan ışıması (CMS) homojendir ve evrenin her yönünde aynıdır. Soğuk leke gibi bazı istinsnalar hariç ve bunların nedenini bilmiyoruz.
Çarpık evren ve kozmik enflasyon
Evrenin farklı yönlerde farklı hızlarda genişlemesi demek, evrenin bir yanının diğer yanından daha büyük ve şişkin olması demektir. Patates şekilli bu tür bir evren Alan Guth’un kozmik enflasyon teorisine aykırıdır. Sonuçta evren en büyük ölçekte simetrik değilse fizik yasaları da baktığımız yöne göre değişecek ve evrenin her yerinde geçerli olmayacaktır! Çarpık evren yeni bir kozmoloji krizine yol açtı derken kastımız budur (Evrenin şekli hakkında çıkan bir önceki kriz için tıklayın).
Bunun kozmik enflasyona neden aykırı olduğuna gelince: 1979’da Alan Guth uzaya baktığı zaman madde ve enerjinin evrenin her yönüne eşit ölçüde dağıldığın gördü; çünkü teleskoplarla galaksileri saydığımız zaman bunların sayısı her yönde ortalama olarak aynı çıkıyordu.
Alan Guth aynı zamanda evrende madde ve enerjinin küçük ölçeklerde dağınık olduğunu da biliyordu. Sonuçta bütün galaksi kümeleri aynı büyüklükte değildir. Galaksi sayısı kümeden kümeye değişir. Galaksilerin büyüklük ve şekilleri de farklıdır. Bazı galaksiler daha az sayıda yıldız içerir, bazıları eliptik veya bizim galaksimiz gibi buruşuk ve çubuklu sarmal şeklindedir.
Alan Guth evrenin 1 milyar ışık yılından büyük ölçeklerde homojen ve daha kısa mesafelerde dağınık olmasını bağdaştıran bir kozmoloji teorisi geliştirmek istedi. Ayrıca evrenin yaşı 13,78 milyar yıl olmasına rağmen çapı 92 milyar ışık yılıdır. Evren ışıktan hızlı genişlemediği ve hiçbir şey ışıktan hızlı gidemediğine göre uzayın çapı yaşından nasıl büyük olabilir? Guth bunu kozmik enflasyonla açıkladı.
Oysa çarpık evren işi bozdu
Sonuç olarak madde ve enerjinin büyük ölçeklerde evrene eşit ölçüde dağıldığı bir gerçektir. Bunun tek yolu da evrenin şeklinin simetrik olmasıdır. Kozmik enflasyonun açıklamak istediği iki şeyden biri budur. Oysa NASA’nın Chandra X-ışını uzay teleskopu ve Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) Newton XMM X-ışını uzay teleskopuyla milyarlarca ışık yılı uzaktaki süper galaksi kümelerine bakınca öyle olmadığını görüyoruz. Kozmologlara göre ya gözlemleri analiz ederken hata yaptık ya da kozmik enflasyon yanlış.
Uzak galaksiler üzerinde yapılan parlaklık ölçümleri evrenin CMB üzerinde belirli bir yönde daha hızlı genişlediğini, yani yamuk olduğunu gösteriyor. Mavi leke.
Yanlış olursa ne olur?
Buradaki sorun sadece kozmik enflasyonun yanlış olması değil. Galaksilerin evrene eşit ölçüde dağıldığını görüyoruz. Çarpık evren varsa ve uzayın şekli yamuksa bunu galaksi gözlemleriyle bağdaştıran yeni bir teori geliştirmemiz gerek. Bu da zor olacak. Ancak, önce krizi neyin çıkardığına yakından bakalım: Uzak galaksilerde yer alan ve uzaya X-ışını yayan gökcisimlerinin parlaklığı ile galaksilerdeki yıldızların parlaklığı birbiriyle uyuşmuyor. Nasıl oluyor derseniz:
Chandra ve Newton’a ek olarak Alman yapımı ROSAT uzay teleskopu X-ışını gözlemlerini de karşılaştıran araştırmacılar, evrende 1 milyar ışık yılından daha uzak olan 800 galaksi kümesine baktılar ve on binlerce galaksiyi incelediler. Galaksi merkezlerindeki aktif süper kütleli kara delikler, hiperaktif kara delikler (kuasarlar) ve nötron yıldızları gibi X-ışını kaynaklarının parlaklığını ölçtüler.
Ardından bu galaksilerin gökyüzündeki parlaklığı ve galaksi kümelerinin içindeki gazların sıcaklığını ölçerek bunları birbiriyle karşılaştırdılar. Evren simetrik olsaydı, çarpık evren tersine her yerde eşit hızla genişliyor olsaydı aynı sıcaklıktaki galaksilerde bulunan X-ışını kaynaklarının parlaklığı da aynı olacaktı. Oysa galaksilerdeki gazların sıcaklığı ile yıldız parlaklığını aramızdaki mesafeye göre ölçtüğümüz zaman X-ışını kaynaklarının daha parlak veya daha soluk olduğunu gördük:
Bonn Üniversitesi’nden Thomas Reiprich diyor ki “Yaklaşık olarak aynı sıcaklıkta olan benzer galaksi kümelerinin gökyüzünün bir kısmında beklenenden daha soluk ve gökyüzünün diğer kısımlarında da daha parlak olduğunu tespit ettik. Bu farklar rastgele değildi ve gökyüzünde baktığımız yöne göre değişiyordu. Eşyönsüz parlaklık desenleri oluşuyordu.”
Yok evren yamuk değil de kendi çevresinde topaç gibi döndüğü için çarpık görünüyorsa CMB üzerinde büyük patlamadan kalan spiral kütleçekim dalgaları görmemiz gerekir.
Eşyönsüz çarpık evren
Eşyönsüz terimini belki video renderı almak veya bilgisayar oyunu oynamak için satın aldığınız grafik kartlarının görüntü ayarlarındaki eşyönsüz süzme seçeneğinde görmüş olabilirsiniz; ama bu terim kozmolojide kısaca evrenin her yönde eşit olmadığını gösterir. Bu durumda evren anizotropik, yani eşyönsüzdür. Ancak sonuca varmak için henüz vakit erken. Neden derseniz:
Biz evrendeki mesafeleri standart mumlarla ölçüyoruz. Standart mumlar parlaklığı düzenli olarak değişen sefeyit değişkenleri ve atarcalar gibi gökcisimleridir ki her birinin de ölçüm menzili farklıdır. Örneğin evrendeki en uzak galaksileri genellikle süpernova patlamalarına bakarak ölçeriz. Öyle ki evrende uzaklıkları ölçmek için birkaç farklı teknik kullanıyoruz.
Bu yazıda sözünü ettiğimiz kozmoloji krizine yol açan sorun ise süper galaksi kümelerindeki X-ışını kaynaklarının standart mumlarla yaptığımız diğer ölçümlerle uyuşmamasıdır. Öte yandan standart mumlarla yapılan ölçümler kendi içinde uyumludur. Dolayısıyla Alan Guth’un kozmik enflasyon teorisini çürütmek istiyorsak bu ölçümleri de birbiriyle bağdaştırmak gerekiyor.
Çarpık evren eskiden biliniyordu
Çarpık evren krizinin kökleri 2011’e uzanıyor. O yıl yayınlanan bir makalede araştırmacılar uzak galaksilerdeki süpernovaların parlaklığı ile galaksilerin bizden uzaklaşma hızını ölçtüler (sonuçta evren genişliyor ve 3,26 milyon ışık yılından uzak olan galaksiler bize ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşıyor). Bu araştırmada süpernovaların farklı yönlerde bizden daha hızlı uzaklaştığı ortaya çıktı.
En uzak galaksilerin uzaklığını ölçmemizi sağlayan kuasar gözlemlerine ek olarak süpernova gözlemlerinde de evrenin eşyönsüz genişlemesi bugün sözünü ettiğimiz kozmolojik krize işaret ediyordu. 2014 yılında ise araştırmacılar yine buna benzer bir keşif yaptılar:
Bu kez milyarlarca ışık yılı uzaktaki galaksilerin merkezinde yer alan kuasarları gözlemlediler ve bunların kendi çevresinde hep aynı yönde döndüğünü gördüler. Oysa evren simetrik ise kuasarlar rastgele olarak saat yönü veya saatin ters yönünde dönecekti. Belirli bir uzaklık ve yöndeki kuasarların hep aynı yönde dönmesi ise evrenin eşyönsüz olduğuna, yani çarpık evrene işaret ediyor olabilirdi.
Kuasar verilerini açıklamanın diğer yolu da bizzat evrenin kendi çevresinde dönüyor olmasıydı. Evrenin bir gezegen gibi ekseni olduğu ve kendi çevresinde topaç gibi döndüğünü kabul etmek ise evrenin simetrik olduğunu öne süren kozmik enflasyon teorisine çok daha aykırıydı. Öyleyse evren iki türlü yamuk olabilir. 1) Ya patates gibi yamuktur veya 2) Simetrik olup kendi çevresinde dönmektedir. Kırk katır mı, kırk satır mı gibi bir durum (Bkz. Yoksa Evren Topaç Gibi Dönüyor mu?).
Çarpık evren ve kütleçekim dalgaları
Gerçi 2016 yılında kozmolojik krizi geçici olarak atlatmayı başardık. Sonuçta evren kendi çevresinde dönüyorsa tıpkı kara delikler gibi kütleçekim dalgaları yayacaktı; ama LIGO kütleçekim dalgaları gözlemevi bunları göremedi ve evrenin kendi çevresinde dönmediği sonucuna vardık. Oysa bu yazıda gördüğümüz gibi kapıdan kovduğumuz kriz bacadan girdi.
X-ışını uzay teleskopları ile uzak galaksi kümelerini gözlemliyoruz.
Şimdilik bunun basit bir yanıtı yok. Karanlık enerji şiddeti değişiyor mu yazısında kuasarları kullanarak yaptığımız galaksi uzaklığı ölçümlerinin süpernovalarla yaptığımız ölçümlerle bağdaşmadığını gördük. Kuasar ölçümlerine göre evrenin 1 milyar yaşında iken daha hızlı genişliyor olması gerekiyordu.
Süpernova ölçümleri ise evrenin genişleme hızını daha yavaş veriyordu. Bu sebeple evrenin genişleme hızının zamanla nasıl değiştiğini gösteren Hubble parametresi de değişik çıkıyordu. Bunun elimizdeki çarpık evren kriziyle ne ilgisi var derseniz: Hubble parametresi, karanlık enerji ve çarpık evren yazılarında anlattığımız ölçümsel uyuşmazlıklar birbiriyle ilişkili olabilir.
Evrenin genişleme hızı sadece son 5 milyar yılda değil, eskiden de değişiyorsa ve üstüne üstlük evren her yönde eşit hızla genişlemiyorsa bunun kozmolojide ağır sonuçları olacaktır. Öncelikle evrenin büyük patlamayla nasıl oluştuğunu baştan açıklamamız gerekecek.
İkinci olarak Samanyolu’nun evrendeki konumunu yanlış bildiğimiz anlaşılacak. Kısacası yeniden kozmik check-in yapmak zorunda kalacağız. Üçüncüsü fizik yasaları evrenin her yerinde geçerli olmayacaktır. Bu da süper karmaşık dev bir yapı olan evreni en basit şekilde bilimsel olarak açıklamamızı engelleyecektir. Kozmolojik kriz Corona krizinden ciddidir. Ne diyelim? Kolay gelsin! 😮
Çarpık evren için sonsöz
Kolay gelsin derken burada kestirip atmak istemiyorum; çünkü bilim insanları bu sorunu çözmek için yeni teoriler geliştirmeye başladılar. Bunları özetlersek: 1) Evren sadece geçmişte farklı yönlerde farklı hızlarda genişlemiş olabilir. Bugün ise simetrik olabilir. Nitekim ışık hızı sınırlı olduğu için uzayda ne kadar uzağa bakarsak o kadar eskiyi görürüz ve biz de X-ışını teleskoplarıyla en uzak galaksilere baktık.
2) Evrenin genişleme hızının gökyüzünde baktığımız yöne göre değişiyor olmasının sebebi, karanlık enerjinin şiddetinin zamanla değişiyor olması olabilir. Karanlık enerjinin ne olduğunu bilmiyoruz; ama karanlık enerji şiddetinin değişmesinin evrenin ömrünü kısaltacak çok ağır sonuçları olduğunu biliyoruz. Dolayısıyla fizikçileri bir heyecan havası sarmış durumda. 😊
Yine de ölçümler evrenin hep aynı yönde farklı bir hızda genişlediğini gösteriyor. Öyleyse evren gerçekten çarpık olmayabilir. Bunun yerine Dünya’dan baktığımız zaman gözlemlerimizi çarpıtan bir şey olabilir. Bunun ne olduğunu bilmiyoruz ama bu durumda evren kozmik enflasyon teorisinde olduğu gibi simetriktir. Deyim yerindeyse sadece bizim miyop gözlerimize çarpık görünmektedir.
Peki evren kendi çevresinde topaç gibi dönüyorsa ne olur? Onu da şimdi okuyabilir ve karanlık enerjinin şiddeti zamanla artıyorsa evrenin büyük yırtılma ile nasıl parçalanacağına göz atabilirsiniz. Karanlık madde ile karanlık enerji aynı şey mi diye sorabilir ve karanlık enerji yoksa cüsseli kütleçekim var mı? sorusunu araştırabilirsiniz. Bahar güneşini en azından bahçenizde görmeniz dileğiyle bilimle kalın.
Yamuk uzayın genişlemesi
1Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX–T scaling relation
2Direction Dependence of the Deceleration Parameter
3Alignment of quasar polarizations with large-scale structures
4Anisotropy of the galaxy cluster X-ray luminosity-temperature relation (pdf)
5Preferred axis in cosmology (pdf)
6How isotropic is the Universe (pdf)
7Supernova Hubble diagram for off-center observers in a spherically symmetric inhomogeneous universe
Yasin Kayalar	 10/06/2020 Cevapla
Kozan bey bigbang tekilligini gozetirsek bigbang oncesi sanal parcacik uzayinda bir noktada enerji toplanmasi veya birikmesi seklinde bir teori gelistirilmesi mumkun degil mi. Buna dair bir teori var mi.