Modern fizikte, özellikle de evrenbilimde bütün konuşmaların, bütün teorilerin, bütün gözlemlerin ucu gider Albert Einstein’ın genel görelilik teorisine dokunur.

Çünkü insanlığın elindeki en iyi ve üstelik evrensel ölçekte en çok defa doğrulanmış olan teori bu.

Einstein, evrende büyük kütlelerin uzay zamanı büktüğünü, bu bükülmenin de külte çekimi etkisi yarattığını söyler teorisinde.

Tabii Einstein da biliyordu, evrende bir sürü kütle var ve bu kütleler uzay zamanı hep büküyorsa, günü geldiğinde evren kendi üstüne çökecekti, çünkü bütün kütle tek bir noktaya doğru birleşme eğiliminde olacaktı.

Denklemlerinde bu çöküşü engellemek ve en güzeli sabit, hep olduğu gibi duran bir evren ortaya koymak isteyen Einstein, denklemlerine bir “kozmolojik sabit” ekledi. O sayede evreni sabit kıldığını düşündü.

Einstein’ın hayatının hatası

Ama onun teorisini yayınlamasından kısa süre sonra, bugün uzayda adına bir teleskop dolaşan Amerikalı büyük evrenbilimci Edwin Hubble, evrenin genişlemekte olduğunu keşfetti. Üstelik bizden uzaktaki galaksiler daha hızla bizden uzaklaşıyordu.

Einstein bunun üzerine, “Hayatımın en büyük hatası” dedi, denklemindeki kozmolojik sabiti değiştirdi. O gün bugündür denklemdeki o yeni rakama Hubble Sabiti adı veriliyor; çünkü Edwin Hubble evrenin genişleme hızını hesaplamıştı zaten.

Evrenin genişlemekte olması ortaya başka bir büyük sorun çıkardı: Hangi güç evreni genişletiyordu?

Evren bilimciler, bütün evrendeki bütün maddenin kaç kilo ağırlığında olduğunu hesaplamaya çalıştılar. Buldukları rakam, Einstein’ın kütle çekim teorisine uygulandığında, evrenin genişlemesini izah etmekten çok ama çok uzak bir rakamdı. Kabaca, evrendeki kütle miktarı, evrenin genişlemesini izah edecek toplam kütle miktarının sadece yüzde 5’iydi.

Peki geri kalan yüzde 95 neydi? Evren bilimciler ortaya iki kavram attılar: Karanlık madde ve karanlık enerji.

Bunlar “karanlık”tı, çünkü klasik anlamda elektromanyetik radyasyon yaymıyorlar, yani görülmüyorlardı. Evrenin kabaca yüzde 70’i karanlık enerjiydi; yüzde 25’i ise karanlık madde.

DESI teleskopu

İşte burada adı geçen “karanlık enerji”yi anlamak, onun ne olduğunu bulmak için dev bir teleskop ve dev bir araştırma yürütüldü.

Teleskopun adı Karanlık Enerji Spektroskopik Cihazı veya bu ismin İngilizce harflerinin kısaltması olan DESI.

Uluslararası bir astronom ekibi Çarşamba günü, evrenimizi her zamankinden daha hızlı genişlemeye iten gizemli bir fenomen olan karanlık enerjinin sabit bir doğa gücü değil, kozmik zamanda akan ve değişen bir güç olduğuna dair bugüne kadarki en zorlayıcı kanıtları ortaya çıkardı.

Yeni ölçüm, karanlık enerjinin evrenimizin kaderinin en sonunda dağılıp gitmek olmayabileceğini söylüyor. Bunun yerine, genişlemesi yavaşlayabilir ve sonunda evreni sabit bırakabilir. Ya da evren rotasını tersine çevirebilir, sonunda gökbilimcilerin Büyük Çöküş olarak adlandırdığı bir çöküşe mahkum bırakabilir.

Bir ipucundan fazlası mı?

Son sonuçlar, geçen Nisan ayından itibaren bilim insanlarının eldeki en iyi teori olduğunu düşündükleri standart kozmoloji modelinde evrenin yapısı ile ilgili bir şeylerin yanlış olduğuna dair kışkırtıcı bir ipucunu destekliyor. Geçen yıl ve bu ayki ölçümler, Arizona’daki Kitt Peak Ulusal Gözlemevi’ndeki bir teleskop üzerinde Karanlık Enerji Spektroskopik Cihazı veya DESI’yi çalıştıran bir işbirliğinden geliyor.

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı’nda kozmolog ve DESI direktörü Michael Levi, “Bu artık bir ipucundan biraz daha fazlası,” diyor. “Bizi diğer ölçümlerle çatışmaya sokuyor.”

Duyuru, Amerikan Fizik Derneği’nin Anaheim, Kaliforniya’daki bir toplantısında yapıldı ve duyuruya Physical Review Dergisinde yayınlanmak üzere sunulan sonuçları açıklayan bir dizi makale eşlik etti.

Karanlık enerjinin kaşifi ne diyor?

Johns Hopkins Üniversitesi ve Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nde astrofizikçi olan ve çalışmaya dahil olmayan ancak karanlık enerjiyi keşfettiği için 2011 Nobel Fizik Ödülü’nü paylaşan Adam Riess, The New York Times’a gönderdiği bir e-postada, “Görünüşte alınan bu sonuçların, onu keşfettiğimizden bu yana 25 yıl içinde karanlık enerjinin doğası hakkında sahip olduğumuz en büyük ipucu gibi göründüğünü söylemek doğru” diye yazdı.

Ama bir de tam tersini söyleyen gözlem var

Ancak DESI gözlemleri, karanlık enerjinin zaman içinde sabit olduğunu öngören standart kozmoloji modeline meydan okusa bile, tamamen başka bir gözlemevinden gelen ayrı bir sonuç standart evren modelini güçlendirdi. Salı günü, Şili’de Atacama Kozmoloji Teleskobu’nu yöneten çok uluslu ekip, sadece 380.000 yaşındayken bebek evrenin şimdiye kadar çekilmiş en ayrıntılı görüntülerini yayınladı. (Bu teleskop 2022’de hizmet dışı bırakıldı ama orada elde edilen veriler hala işlenmeye devam ediyor.)

Henüz hakemli bir dergide yayınlanmayan makaleleri, standart modelin erken evrende beklendiği gibi çalıştığını doğruluyor gibi görünüyor. 

Yani, Hubble sabiti durumum izah ediyor. Ama bu Hubble sabiti hakkında da bir tartışma var. Farklı bilim grupları farklı verilerden hareketle bu sabiti farklı hesapladılar. Şu anda birbirine rakip iki ölçüm var ve bu ölçümler arasında yüzde 9’a yakın fark var. Küçük gibi duruyor ama evrensel ölçeğe vurduğunuzda bu fark çok büyük.

‘Yeni kozmolojik model lazım’ diyenler sevinçli

Bir yanda DESI sonuçları, bir yanda Atacama sonuçları, evrenle ilgili modellerimizde ciddi sorunlar olduğunu düşünen evrenbilimcileri çok sevindirdi. Çünkü eleştirilerinde haklı çıktıklarını düşündüler.

Chicago Üniversitesi’nde hayatını evreni ölçerek geçiren ve her iki çalışmaya da dahil olmayan bir kozmolog olan Wendy Freedman, “Bu noktada Hubble sabitini neyin açıklayabileceğine dair iyi fikirler kadar çok fazla bir şeyin ayakta kaldığını düşünmüyorum” dedi.

Yumurta çatladı mı çatlamadı mı?

Çalışmalara da dahil olmayan Chicago Üniversitesi’nde bir teorisyen olan Michael Turner şunları söyledi: “İyi haber şu ki, kozmik yumurtada çatlak yok. Kötü haber şu ki, kozmik yumurtada çatlak yok.”

“Karanlık enerji” terimini icat eden kişi olan Turner, “Eğer bir çatlak varsa, kozmolojideki bir sonraki büyük şeyi açıkça görmemiz için henüz yeterince açılmadı” diye ekledi.

Gökbilimciler genellikle genişleyen bir evrendeki galaksileri bir fırında pişmekte olan kuru üzümlü bir keke benzetirler. Kek pişip hamur kabardıkça içindeki  kuru üzümler birbirinden uzaklaşır. Başlangıçta birbirlerinden ne kadar uzak olurlarsa o kadar daha fazla uzaklaşırlar.

1998’de iki gökbilimci grubu, belirli bir süpernova türünün veya patlayan yıldızın parlaklığını inceleyerek evrenin genişlemesini ölçtü. Bu tür süpernovalar aynı miktarda ışık üretir, bu nedenle daha uzak mesafelerde tahmin edilebilir bir şekilde daha sönük görünürler. Bilim adamlarının o zamanlar inandığı gibi, evrenin genişlemesi yavaşlıyor olsaydı, uzak patlamalardan gelen ışık öngörülenden biraz daha parlak görünmeliydi.

Şaşırtıcı bir şekilde, iki grup süpernovaların beklenenden daha sönük olduğunu keşfetti. Bu sonuca göre yavaşlamak yerine, evrenin genişlemesi aslında hızlanıyordu.

Fizikçiler tarafından bilinen hiçbir enerji hızlanan bir genişlemeyi yönlendiremez; evren genişledikçe bu gücün giderek daha yayılması ve dolayısıyla daha az güçlü hale gelmesi beklenir..

‘Arkadan gidecek bir şey’

DESI ekibindeki gökbilimciler, kozmik zamanın farklı dönemlerindeki galaksileri araştırarak karanlık enerjiyi karakterize etmeye çalışıyorlar. Maddenin ilkel evrende yayılmasındaki küçük düzensizlikler, bugün galaksiler arasındaki mesafeleri etkiledi – evrenle birlikte ölçülebilir bir şekilde genişleyen mesafeler.

En son DESI ölçümü için kullanılan veriler, yaklaşık 15 milyon galaksi ve diğer gök cisimlerinden oluşan bir katalogdan oluşuyordu. Tek başına, veri kümesi, karanlık enerjinin teorik anlayışıyla ilgili herhangi bir şeyin ters olduğunu göstermiyor. Ancak evrenin genişlemesini ölçmek için diğer stratejilerle birleştiğinde – örneğin, Büyük Patlama’dan birkaç yüz bin yıl sonra yayılan patlayan yıldızları ve evrendeki en eski ışığı incelemek – veriler standart modelin tahmin ettiğiyle aynı hizada olmamaya başlıyor.

Çarşamba günü DESI ölçümünü kamuoyuna açıklayan Arizona Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı olan Enrique Paillas, verilerin karanlık enerji tarafından yönlendirilen kozmik ivmenin zaman içinde daha erken başladığını ve şu anda standart modelin tahmin ettiğinden daha zayıf olduğunu ima ettiğini belirtti.

Henüz bu bir buluş değil

Veriler ve teori arasındaki tutarsızlık en fazla 4,2 sigma olarak ölçüldü. Bu bir istartistiki ölçü birimi, elde edilen sonuçların bir şans eseri olma ihtimalinin 50 binde bir olduğunu söylüyor. 50 binde bir düşük bir ihtimal gibi duruyor ama fizikçiler çok daha düşük ihtimalleri, örneğin en azından 5 sigmayı (yani 3,5 milyonda bir ihtimali) görmeden bilimsel bir buluş yaptıklarını iddia edemiyorlar.

Yine de, kopukluk, kozmolojik modeldeki bir şeyin iyi anlaşılmadığını düşündürüyor. Bilim insanlarının kütle çekimini nasıl yorumladıklarını gözden geçirmeleri veya Büyük Patlama’dan gelen eski ışığı anlamlandırmaları gerekebilir. DESI gökbilimcileri, sorunun karanlık enerjinin doğası olabileceğini düşünüyor.

Dallas’taki Teksas Üniversitesi’nden en son DESI analizine liderlik etmeye yardımcı olan bir kozmolog olan Mustapha Ishak-Boushaki, “Dinamik bir karanlık enerji sunarsak, yapbozun parçaları birbirine daha iyi uyuyor” dedi.

Ontario’daki Waterloo Üniversitesi’nde kozmolog ve DESI işbirliğinin sözcüsü Will Percival, ufukta neler olduğu konusundaki heyecanını dile getirdi. “Bu aslında saha için kolay küçük bir atış,” dedi. “Şimdi peşinden gidecek bir şeyimiz var.”

Bir zamanlar hayat kolaydı

1950’lerde gökbilimciler, kozmolojiyi açıklamak için yalnızca iki sayıya ihtiyaç duyulduğunu iddia ettiler: Biri evrenin ne kadar hızlı genişlediğiyle ilgiliydi diğeri ise yavaşlamasıyla. 

1960’larda, evrenin kozmik mikrodalga arka plan ışıması olarak bilinen Büyük Patlama’dan gelen ışıkla yıkandığının keşfiyle işler değişti. Bu arka plan radyasyonunu ölçmek, bilim insanlarının erken evrenin fiziğini ve galaksilerin daha sonra nasıl oluştuğunu ve evrimleştiğini araştırmalarını sağladı. Sonuç olarak, standart kozmoloji modeli artık evrendeki hem sıradan hem de karanlık maddenin yoğunluğu da dahil olmak üzere altı parametre gerektiriyor.

Kozmoloji daha kesin hale geldikçe, bu parametrelerin tahmin edilen ve ölçülen değerleri arasında ek gerilimler ortaya çıktı ve bu da standart modele teorik uzantıların bolluğuna yol açtı. Ancak Atacama Teleskopu’nun en son sonuçları – kozmik mikrodalga arka planının bugüne kadarki en net haritaları – bu uzantıların çoğuna kapıyı çarpıyor gibi görünüyor.

Önümüzdeki yıllarda veri yağacak

DESI en az bir yıl daha veri toplamaya devam edecek. Yerde ve uzayda diğer teleskoplar, kozmos hakkında kendi görüşlerini çiziyor; bunlar arasında San Diego’daki Zwicky Geçici Tesisi, Avrupa Euclid uzay teleskobu ve NASA’nın yakın zamanda başlattığı SPHEREx misyonu var. Gelecekte, Vera C. Rubin Gözlemevi, bu yaz Şili’den gece gökyüzünün hareketli bir resmini kaydetmeye başlayacak ve NASA’nın Roma Uzay Teleskobu 2027’de fırlatılacak.

Her biri gökyüzünden gelen ışığı emecek, kozmosun parçalarını farklı bakış açılarından ölçecek ve bir bütün olarak evrenin daha geniş bir şekilde anlaşılmasına katkıda bulunacak.

Bakalım ortaya yeni bir kozmoloji modeli çıkacak mı?

(Not: Bu haber için üç kaynaktan yarlanıldı. Biri The New York Times’ın haberiydi, diğeri Nature dergisinde çıkan yazı ve son olarak Quanta Magazin’deki ayrıntılı metin.)