Evrenin erken dönemlerindeki maddenin bir sanatçı tarafından temsili, evrenin geç dönemlerinde yavaş yavaş büyük kozmik yapılara dönüşüyor. Katkıda bulunan: Minh Nguyen, Michigan Üniversitesi ve Thanh Nguyen (eş)
Bilim insanları, kozmik yapıların Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi’nin öngördüğünden daha yavaş büyüdüğünü ve karanlık enerjinin daha baskın bir engelleyici rol oynadığını keşfettiler rolü önceden düşünülenden daha fazladır. Bu bulgu, karanlık madde, karanlık enerji ve temel kozmik teorilere ilişkin anlayışımızı yeniden şekillendirebilir.
Evren geliştikçe, bilim insanları büyük kozmik yapıların belirli bir oranda büyüyeceğini bekliyor: galaksi kümeleri gibi yoğun bölgeler. uzay boşluğu daha da boşalırken daha da yoğunlaşacaktır.
Ancak Michigan Üniversitesi araştırmacıları, bu büyük yapıların büyüme hızının Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı tarafından tahmin edilenden daha yavaş olduğunu keşfettiler.
Ayrıca, karanlık enerji evrenin küresel genişlemesini hızlandırdıkça, araştırmacıların verilerinde gördüğü kozmik yapı büyümesinin baskılanmasının, teorinin öngördüğünden çok daha belirgin olduğunu da gösterdiler. Sonuçlar 11 Eylül’de Physical Review Letters dergisinde yayınlandı.
Kozmik Ağ
Galaksiler, evrenimizin her tarafına dev bir kozmik örümcek ağı gibi örülmüşlerdir. Dağılımları rastgele değildir. Bunun yerine, birlikte kümelenme eğilimindedirler. Aslında kozmik ağın tamamı, erken evrende küçük madde yığınları olarak başladı ve bunlar, yavaş yavaş bireysel galaksilere ve sonunda galaksi kümeleri ve filamentlerine dönüştü.
“Kozmik zaman boyunca, başlangıçta küçük bir madde yığını, Kütle, yerçekimi etkileşimi yoluyla yerel bölgesinden giderek daha fazla madde çeker ve biriktirir. Araştırmanın baş yazarı ve U-M Fizik Bölümü’nde doktora sonrası araştırma görevlisi olan Minh Nguyen, “Bölge giderek yoğunlaştıkça, sonunda kendi yerçekimi altında çöküyor” dedi.
“Onlar çöktükçe, kümeler yoğunlaşır. Büyümeden kastettiğimiz budur. Bir, iki ve üç boyutlu çökmelerin bir çarşaf, bir filament ve bir düğüm gibi göründüğü bir kumaş tezgahına benziyor. Gerçekte her üç durumun bir karışımı var ve filamentler boyunca yaşayan galaksiler var, düğüm noktalarında ise evrenimizde yer çekimiyle sınırlanan en büyük nesneler olan binlerce galaksiden oluşan gruplar olan galaksi kümeleri var.”
{9 }Karanlık Enerji ve Kozmik Genişleme
Evren yalnızca maddeden oluşmaz. Ayrıca muhtemelen karanlık enerji adı verilen gizemli bir bileşeni de içeriyor. Karanlık enerji, evrenin küresel ölçekte genişlemesini hızlandırıyor. Karanlık enerji evrenin genişlemesini hızlandırdıkça, büyük yapılar üzerinde ters etki yaratır.
“Yerçekimi, madde tedirginliklerinin büyük ölçekli yapıya dönüşmesini güçlendiren bir yükseltici gibi davranıyorsa, o zaman karanlık enerji bir zayıflatıcı gibi davranıyor demektir.” Nguyen, bu tedirginlikleri sönümleyerek yapının büyümesini yavaşlattığını söyledi. “Kozmik yapının nasıl kümelendiğini ve büyüdüğünü inceleyerek, yerçekiminin ve karanlık enerjinin doğasını anlamaya çalışabiliriz.”
Metodoloji ve Araştırmalar
Nguyen, U-M fizik profesörü Dragan Huterer ve U-M yüksek lisans öğrencisi Yuewei Wen, çeşitli kozmolojik araştırmaları kullanarak kozmik zaman boyunca büyük ölçekli yapının zamansal büyümesini inceledi.
Ekip ilk olarak kozmik mikrodalga arka plan adı verilen şeyi kullandı. Kozmik mikrodalga arka planı veya CMB, Büyük Patlama’dan hemen sonra yayılan fotonlardan oluşur. Bu fotonlar evrenin ilk zamanlarının anlık görüntüsünü sağlıyor. Fotonlar teleskoplarımıza doğru ilerledikçe, yol boyunca uzanan büyük ölçekli yapı nedeniyle yolları bozulabilir veya yerçekimsel olarak merceklenebilir. Araştırmacılar bunları inceleyerek bizimle kozmik mikrodalga arka planı arasındaki yapı ve maddenin nasıl dağıldığını anlayabilirler.
Nguyen ve meslektaşları, galaksi şekillerinin zayıf yerçekimsel merceklenmesiyle ilgili benzer bir olgudan yararlandılar. Arka plandaki galaksilerden gelen ışık, ön plandaki madde ve galaksilerle olan yerçekimsel etkileşimler nedeniyle bozulur. Kozmologlar daha sonra araya giren maddenin nasıl dağıldığını belirlemek için bu çarpıklıkları çözerler.
“CMB ve arka plandaki galaksiler bizden ve teleskoplarımızdan farklı uzaklıklarda yer aldığından, galaksinin zayıf yerçekimsel merceklenmesi tipik olarak madde dağılımlarını şu açılarda araştırır: Nguyen, CMB’nin zayıf kütleçekimsel merceği tarafından incelenene kıyasla daha geç bir zaman olduğunu söyledi.
Yapının büyümesini daha da ileri bir zamana kadar takip etmek için araştırmacılar, yerel evrendeki galaksilerin hareketlerini de kullandılar. Galaksiler altta yatan kozmik yapıların yerçekimi kuyularına düştükçe hareketleri doğrudan yapı büyümesini takip eder.
“Potansiyel olarak keşfettiğimiz bu büyüme oranlarındaki fark, günümüze yaklaştıkça daha belirgin hale geliyor,” Nguyen söz konusu. “Bu farklı problar bireysel ve toplu olarak büyümenin baskılandığını gösteriyor. Ya bu araştırmaların her birinde bazı sistematik hataları kaçırıyoruz ya da standart modelimizde bazı yeni, son dönem fiziklerini kaçırıyoruz.”
S8 Gerilimini Ele Alma
Bulgular potansiyel olarak kozmolojide sözde S8 gerilimi. S8 yapının büyümesini tanımlayan bir parametredir. Gerilim, bilim adamlarının S8’in değerini belirlemek için iki farklı yöntem kullanması ve aynı fikirde olmaması durumunda ortaya çıkıyor. Kozmik mikrodalga arka planından gelen fotonları kullanan ilk yöntem, galaksinin zayıf yerçekimsel merceklenmesi ve galaksi kümelenmesi ölçümlerinden elde edilen değerden daha yüksek bir S8 değerini gösterir.
Bu sondaların hiçbiri günümüzde yapının büyümesini ölçmüyor. Bunun yerine, yapıyı daha erken zamanlarda inceliyorlar, ardından standart modeli varsayarak bu ölçümleri şimdiki zamana tahmin ediyorlar. Kozmik mikrodalga arka plan araştırmaları erken evrendeki yapıyı incelerken, galaksinin geç evrendeki zayıf yerçekimsel merceklenmesi ve kümelenme araştırma yapısı.
Araştırmacıların geç dönemde büyümenin baskılandığı yönündeki bulguları, iki S8 değerini mükemmel hale getirecek. Nguyen’e göre aynı fikirdeyiz.
Huterer, “Anormal büyüme baskılamasının yüksek istatistiksel anlamlılığı bizi şaşırttı” dedi. “Dürüst olmak gerekirse evrenin bize bir şeyler anlatmaya çalıştığını hissediyorum. Bu bulguları yorumlamak artık biz kozmologların görevidir.
“Büyümenin baskılanmasına ilişkin istatistiksel kanıtları daha da güçlendirmek istiyoruz. Karanlık madde ve karanlık enerjinin standart modelinde yapıların neden beklenenden daha yavaş büyüdüğüne ilişkin daha zor sorunun cevabını da anlamak istiyoruz. Bu etkinin nedeni, karanlık enerjinin ve karanlık maddenin yeni özelliklerinden veya Genel Göreliliğin ve standart modelin henüz düşünmediğimiz başka bir uzantısından kaynaklanıyor olabilir.”
Referans: “Bastırma Kanıtı” Uyum Kozmolojik Modelinde Yapı Büyümesinin İncelenmesi”, Nhat-Minh Nguyen, Dragan Huterer ve Yuewei Wen, 11 Eylül 2023, Fiziksel İnceleme Mektupları.
DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.111001