Bilim adamları, evrenin devam eden genişlemesinin karanlık enerji adı verilen bir güç tarafından yönlendirildiğine inanıyorlar, ancak yeni bir “erken” karanlık enerji fikri bu fikri açıklamaya yardımcı olabilir mi? Ulusal Optik Kızılötesi Astronomi Araştırma Laboratuvarı/Wikimedia Commons (CC BY 4.0)
Bilim adamları, her şeyi 13,8 milyar yıl önce başlatan ilkel olay olan büyük patlamadan bu yana evrenin genişlediğini bir yüzyıldan fazla bir süredir biliyorlar.
Ancak şu ana kadar zor bir sorunu çözemediler. Ne kadar hızlı genişliyor? Bunun nedeni , kozmik mikrodalga arka planı veya bilimsel dilde CMB olarak bilinen büyük patlamadan arta kalan radyasyona dayalı tahmini oran ile süpernova gözlemlerine dayalı önemli ölçüde daha hızlı hız arasında bir eşitsizlik olmasıdır. Evrenin genişleme hızı Hubble Sabiti olarak bilinir, bu nedenle eşitsizlik “Hubble Gerilimi” olarak adlandırılır.
Bilim adamları, evrenin devam eden genişlemesinin , büyük patlamadan 7 veya 8 milyar yıl sonra evrenin yavaşlamasını tersine çevirmeye başlamış gibi görünen, karanlık enerji adı verilen bir güç tarafından yönlendirildiğine inanıyorlar .
Karanlık Enerji Nedir?
Seçkin bir üniversite profesörü ve eşbaşkanı olan Glenn Starkman , “Karanlık enerji, evrendeki en iyi anlayışımıza göre, evrendeki toplam enerjinin yaklaşık yüzde 70’ini oluşturan, bugün evrendeki varsayımsal bir enerji kaynağıdır” diye açıklıyor. Case Western Reserve Üniversitesi’nde fizik bölümü.
Starkman, “Varlığının birincil kanıtı, evrenin son birkaç milyar yıldır devam ettiği anlaşılan hızlanan genişlemesidir” diyor. “Böyle bir genişlemeyi sürdürmek, evren genişledikçe daha fazla seyrelmeyen (veya çok az seyrelyen) bir enerji kaynağı gerektirir. Bu, çoğu enerji kaynağını – örneğin her ikisi de daha az hale gelen sıradan madde veya karanlık madde – geçersiz kılar. evren büyüdükçe yoğunlaşıyor. Karanlık enerjinin en basit modeli, boş uzayla ilişkilendirilen değişmeyen enerji yoğunluğudur. Bu nedenle, eğer uzay genişlerse, karanlık enerjinin yoğunluğu sabit kalacaktır.”
Ancak karanlık enerji hakkında açıklanamayan pek çok şey var , buna neden başından beri var olmadığı da dahil. Ve standart modele karanlık enerjinin dahil edilmesi bile kozmik genişlemenin iki ölçümü arasındaki eşitsizliği çözmez.
Ve Erken Karanlık Enerji?
Ancak her ikisi de Atacama Kozmoloji Teleskopu (ACT) tarafından 2013 ile 2016 yılları arasında toplanan verilere dayanan henüz yayınlanmamış iki yeni çalışma, bir soruna olası bir çözüm bulma konusunda yardımcı olabilir. Araştırmacılar, büyük patlamadan sonraki ilk 300.000 yılda var olan bir tür “erken” karanlık enerjinin izlerini bulduklarına inanıyorlar. Nature’da Davide Castelvecchi tarafından yazılan bu son makale , ilk olarak biri ACT ekibi tarafından, diğeri ise Fransa’daki Montpellier Üniversitesi’nde astrofizikçi olan Vivian Poulin ve meslektaşları Tristian L. Smith ve Alexa Bartlett’in de dahil olduğu bağımsız bir grup tarafından yayınlanan iki makaleyi yayınladı. Swarthmore Koleji’nden.
Erken dönem karanlık enerji fikri ilk olarak birkaç yıl önce , o zamanlar Johns Hopkins Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Poulin, Smith ve meslektaşları tarafından soruyu çözmenin bir yolu olarak önerildi.
We've barely scratched the surface in our understanding of dark energy and how it affects the universe's expansion, but scientists used @ChandraXRay and @ESA_XMM data to find that dark energy may vary over time. More on this cosmic mystery: https://t.co/9l3as6UQNs pic.twitter.com/tHXQpRHiRX
— NASA (@NASA) January 29, 2019
Starkman, “Erken dönem karanlık enerjisi, başka bir tür karanlık enerji için bir öneridir, yani günümüzün hızlandırılmış genişlemesine neden olan karanlık enerjiyle açık bir şekilde ilgili değildir,” diye açıklıyor Starkman. EDE “uzun zaman önce, evren şu anda olduğundan yaklaşık 10.000 kat daha küçük ve daha sıcakken, evrende önemli bir rol oynamış olacaktı.” Bu, “evrenin genişleme oranının tarihi hakkındaki bazı gizemli anlaşmazlıkları çözmek için tasarlanmış bir kavram” diyor.
Nature makalesinin açıkladığı gibi, erken karanlık enerji, evrenin milyarlarca yıl sonra hızlanan genişlemesine neden olacak kadar güçlü olamazdı. Bunun yerine, büyük patlamadan kısa bir süre sonra oluşan temel parçacıkların veya plazmanın karışımının daha hızlı soğumasına neden olarak onu dolaylı olarak etkilerdi. Bu da kozmik mikrodalga arka planın nasıl ölçülmesi gerektiğini etkileyecektir – özellikle ses dalgalarının gaza soğumadan önce plazmada ne kadar uzağa gidebileceğine bağlı olarak evrenin yaşı ve genişleme hızı ölçümleri – ve daha hızlı sonuçlanacaktır. gökbilimcilerin gök cisimlerine göre hesapladıklarına daha yakın bir genişleme oranı.
Johns Hopkins Üniversitesi’nden teorik fizikçi Mark Kamionkowski , 2018 erken dönem karanlık enerji makalesinin yazarlarından biri, Nature’a açıkladığı gibi, Erken dönem karanlık enerjisi aldatıcı bir teorik çözümdür, ancak “çalışabileceğimiz tek modeldir” .
Sonuç Net Değil
İki çalışma, erken dönem karanlık enerji iddiasını desteklemeye yardımcı olabilir, ancak ilgili araştırmacılardan biri hâlâ tamamen ikna olmadığını söylüyor ve net bir sonuca varmak için daha fazla çalışmanın gerekli olduğu konusunda uyarıda bulunuyor.
Columbia Üniversitesi, “Evrendeki galaksilerin ve maddenin büyük ölçekli dağılımının (‘büyük ölçekli yapı’ veya LSS) yüksek hassasiyetli ölçümlerini eşleştirmede karşılaştıkları sorunlar nedeniyle erken dönem karanlık enerji modellerine şüpheyle yaklaştım.” ACT ekibinin çalışmasının ortak yazarı fizik profesörü yardımcısı J. Colin Hill , bir e-postada belirtiyor. (Hill’in kavramı sorgulaması, 2020’de birlikte yazdığı bu makaleye ve sonraki bir makaleye de yansımıştır ve ayrıca diğer araştırmacıların benzer komplikasyonlara yol açan başka bir makalesinden de bahseder .)
Hill, “Yukarıda bağlantısı verilen üç makaleden çıkarılacak çıkarım, SPK verilerine ve Riess, et al., H0 verilerine uyan erken dönem karanlık enerji modellerinin, LSS için bu anketlerden elde edilen verilerle eşleşmeyen tahminler vermesidir” diye yazıyor. e-posta “Bu nedenle, muhtemelen farklı bir teorik modele veya en azından erken dönem karanlık enerji senaryosunda bazı değişikliklere ihtiyaç duyulduğu sonucuna vardık.”
Hill ve ACT meslektaşlarının az önce yayınladıkları yeni çalışmada, analizde LSS verilerini dikkate almadılar ve bunun yerine neredeyse tamamen SPK verilerine odaklandılar. “Amaç gerçekten Planck ve ACT CMB verilerinin erken dönem karanlık enerji bağlamında tutarlı sonuçlar verip vermediğini görmekti. Onların biraz farklı sonuçlar verdiğini gördük ki bu, şu anda anlamaya çalışmak için çok çalıştığımız büyük bir bilmece. perspektif, erken karanlık enerji senaryosu için LSS sorunu çözülmeden kalır.”
Hill, “Ayrıca, kendi başlarına Planck verileri (kozmolojideki en kesin veri seti olmaya devam ediyor), erken karanlık enerji için bir tercih göstermiyor” diye açıklıyor. “Bu nedenle, erken karanlık enerji için ACT verilerinde gördüğümüz ipuçlarına rağmen, bu modelin gerçekten son hikaye olup olmayacağı konusunda temkinli davranıyorum. Öğrenmek için daha fazla veriye ihtiyacımız olacak.”
Eğer var olsaydı, erken dönem karanlık enerjisi, evrenin mevcut genişleme hızını yönlendirdiğine inanılan kuvvete benzer olurdu. Ancak yine de teorik modelin önemli ölçüde yeniden düşünülmesini gerektirecektir.
Hill, “Temel fark, bu erken karanlık enerjinin kozmik tarihte yalnızca kısa bir süre için rol oynaması ve sonra ‘yok olması’ gerektiğidir” diyor. “Bunu başarmak için, rekombinasyondan önce evrenin genişlemesini kısaca hızlandırmak için hareket eden, ancak daha sonra hızla kaybolup alakasız hale gelen yeni bir alanın (teknik olarak, eksen benzeri bir alan) parçacık fiziği modellerini inşa ediyoruz.”
Hill, “Buna karşılık, standart karanlık enerji için mevcut lider tablo, bunun muhtemelen vakum enerjisinden kaynaklanan basit bir kozmolojik sabit olduğudur” diye devam ediyor. “Bu enerji biçimi zamanla değişmez. Bununla birlikte, standart karanlık enerjinin henüz anlamadığımız bazı yeni temel alanlardan kaynaklanmış olması mümkündür. Bu durumda, pekala zamanla evriliyor olabilir ve bu nedenle, yukarıda tartışılan erken dönem karanlık enerji modeliyle bazı benzerlikler taşıyabilir.”
Hill, “Yine, bu soruları daha kesin bir şekilde araştırmak için daha fazla veriye ihtiyacımız olacak ve umarım önümüzdeki on yıl içinde cevapları bulacağız” diyor. “Neyse ki, pek çok güçlü deney yakında çevrimiçi olacak.” CMB’yi inceleyecek olan Simons Gözlemevi gibi tesislerin yanı sıra LSS hakkında yeni bilgiler toplayacak olan Rubin Gözlemevi ve Öklid ve Roma uzay teleskoplarından bahsediyor . “Ne bulduğumuzu görmek çok heyecan verici olmalı” diyor.
İşte Hill’in erken karanlık enerjiyi tartıştığı bir YouTube videosu:
Starkman, kanıtlar açık ve ikna edici olmadıkça, bu tür “olağanüstü” iddialara karşı dikkatli olmanın önemli olduğunu söylüyor. İşaret ettiği gibi, EDE’ye karşı da kanıtlar var. “Mevcut sonuçlar, Avrupa Uzay Ajansı’nın Planck uydusundan kozmik mikrodalga arka plan gözleminin iki deneysel veri seti arasındaki artan gerilimi gösteriyor.son on yılın başlarında ve mevcut Atacama Kozmoloji Teleskobu’ndan uçtu. İlki, erken karanlık enerji fikrini desteklemiyor gibi görünüyor, ikincisi ise şimdi destekliyor. Deneyler arasındaki bu tür gerilimler yaygın ve sinir bozucu. ACT’den daha fazla verinin sorunu çözeceğini söylemek cazip gelebilir, ancak tamamlanan Planck verilerini daha fazla ACT verisiyle ezmek, Planck verilerinin neden EDE’yi desteklemediğini açıklamayacaktır. Gerginlik, şu ya da bu şekilde net bir durum sağlamak için bu deneylerden birinin gözden geçirilmiş bir anlayışını gerektirecek gibi görünüyor.”
Kozmik genişlemeyi ölçmek için çalışan Chicago Üniversitesi’nde astronomi ve astrofizik profesörü olan Wendy Freedman , çeşitli alternatif modelleri takip etmenin önemli olduğunu düşünüyor.
Lambda Soğuk Karanlık Madde (LCDM) Modeli
The Astrophysical Journal’daki Hubble Sabiti’nde 17 Eylül 2021’de yayınlanan bu makalenin yazarı Freedman, “Şu anda lambda soğuk karanlık madde (LCDM) modeli olarak adlandırılan standart bir kozmoloji modelimiz var” diye açıklıyor. bir e-posta. “Bu modelde, toplam madde + enerji yoğunluğunun yaklaşık 1/3’ü maddeden (çoğu karanlık maddedir) ve 2/3’ü de karanlık enerjinin bir bileşeninden kaynaklanmaktadır.”
Freedman, “Ancak şu anda ne karanlık maddenin ne de karanlık enerjinin doğasını bilmiyoruz” diye devam ediyor. “Yine de LCDM, çok geniş bir yelpazedeki farklı deney ve gözlemlere son derece iyi bir uyum sağlıyor. Bilgi düzeyimiz göz önüne alındığında, standart modeli daha fazla test etmenin çok önemli olduğu açıkça görülüyor. CMB’den çıkarılan Hubble sabitinin değeri arasındaki mevcut görünür tutarsızlık ölçümler ve bazı yerel ölçümler yeni fiziğe işaret ediyor olabilir. Bu nedenle lambda CDM’nin ötesindeki diğer modelleri araştırmanın önemli olduğunu söylüyorum.”
Ancak Freedman önemli bir uyarıda bulunuyor: “Alternatif olarak, görünür tutarsızlıktan sorumlu olan henüz bilinmeyen bazı sistematik hatalar olabilir. Bu nedenle, mevcut Hubble sabiti ölçümlerindeki belirsizlikleri azaltmak da önemlidir.”
Şimdi Bu İlginç
Erken karanlık enerjinin var olduğu ortaya çıkarsa , onu evrenin yaşının tahminine dahil etmek, kozmosun mevcut tahmin olan 13,8 milyar yıldan 1,4 milyar yıl daha genç olmasıyla sonuçlanacaktır.
