- Yeni araştırmalar modern kozmolojinin en büyük varsayımlarından birini tartışmaya açtı.
DOĞAN BARIŞ ABBASOĞLU
Evrenin hızlanarak genişlediği ve bu genişlemeyi görünmeyen bir “karanlık enerji”nin yönlendirdiği fikri, yaklaşık 25 yıldır modern kozmolojinin temel taşlarından biri olarak kabul ediliyor. Ancak Oxford Üniversitesi’nden Prof. Subir Sarkar ve çalışma arkadaşlarının yayımladığı yeni araştırma, bu kabulün yanlış bir gözlemsel yorumdan kaynaklanmış olabileceğini öne sürüyor. Araştırmacılara göre evrenin genişleme hızı sanıldığı gibi artmıyor olabilir.
Eğer bu sonuç doğrulanırsa, bugüne kadar evrenin yaklaşık yüzde 68’ini oluşturduğu düşünülen karanlık enerjiye ihtiyaç kalmayabilir.
Buna karşın çok sayıda kozmolog, mevcut çalışmanın standart kozmoloji modelini değiştirecek ölçüde güçlü kanıtlar sunmadığını belirtiyor. Tartışma, yalnızca karanlık enerjiyi değil, evreni anlamak için kullandığımız temel yöntemleri de yeniden gündeme taşıyor.
Evrenin hızlanarak genişlediği fikri nasıl doğdu?
Evrenin genişlediği bilgisi yeni değil. Edwin Hubble’ın 1929 yılında yaptığı gözlemler, galaksilerin birbirlerinden uzaklaştığını ve evrenin sürekli genişlediğini ortaya koymuştu. Uzun yıllar boyunca bilim insanları bu genişlemenin Büyük Patlama’nın etkisiyle devam ettiğini, ancak kütleçekimin etkisi nedeniyle zamanla yavaşlaması gerektiğini düşünüyordu.
Bu tablo 1990’lı yılların sonunda tamamen değişti. Birbirinden bağımsız çalışan iki araştırma grubu, Tip Ia süpernovaları olarak bilinen yıldız patlamalarını inceleyerek çok uzak galaksilerin beklenenden daha hızlı uzaklaştığını tespit etti.
Tip Ia süpernovaları, beyaz cüce yıldızların ikili sistemlerde patlaması sonucu oluşuyor ve uzun yıllardır kozmolojide “standart mum” olarak kullanılıyor. Bunun nedeni, bu patlamaların yaklaşık aynı mutlak parlaklığa sahip olduğunun düşünülmesi. Bir süpernova ne kadar sönük görünüyorsa o kadar uzakta bulunduğu kabul ediliyor. Böylece gökbilimciler milyarlarca ışık yılı uzaklıktaki galaksilerin mesafelerini hesaplayabiliyor.
1998 yılında açıklanan sonuçlar, uzak süpernovaların beklenenden daha sönük göründüğünü ortaya koydu. Bunun en doğal açıklaması ise bu galaksilerin hesaplanandan daha uzakta bulunması, dolayısıyla evrenin yalnızca genişlemediği, aynı zamanda giderek hızlanan bir şekilde genişlediği şeklinde yorumlandı. Bu keşif, kozmolojide büyük bir paradigma değişikliğine yol açtı ve 2011 yılında Saul Perlmutter, Brian Schmidt ve Adam Riess’e Nobel Fizik Ödülü kazandırdı.
Ancak bu sonuç beraberinde yeni bir soruyu da getirdi: Evren neden hızlanıyordu? Bilinen fizik yasaları bu davranışı açıklayamıyordu. Bunun üzerine bilim insanları, uzayın kendisine ait olduğu düşünülen ve kütleçekimine karşı çalışan gizemli bir enerji bileşenini modele ekledi. “Karanlık enerji” adı verilen bu bileşen, bugün kabul gören ΛCDM modelinin temel unsurlarından biri haline geldi. Bu modele göre evrenin yaklaşık yüzde 68’i karanlık enerji, yüzde 27’si karanlık madde ve yalnızca yüzde 5’i bildiğimiz normal maddeden oluşuyor.
Sarkar’ın ekibi neden itiraz ediyor?
Oxford Üniversitesi’nden Prof. Subir Sarkar, karanlık enerji fikrine uzun yıllardır eleştirel yaklaşan isimlerden biri. Sarkar ve çalışma arkadaşları ilk olarak 2014 yılında, evrenin hızlanan genişlemesini ortaya koyan orijinal süpernova verilerinin kamuoyuna açılmasıyla birlikte bağımsız bir analiz gerçekleştirdi.
Araştırmacılar, kullanılan verileri yeniden değerlendirerek hızlanan genişleme sonucunun istatistiksel açıdan yeterince güçlü olmadığını ileri sürdü. Fizikte yeni bir keşfin kabul edilmesi için gereken güven düzeyine ulaşılamadığını savunan ekip, o dönemde kozmoloji çevrelerinde büyük tartışma yarattı.
Ancak bu çalışma yoğun eleştiriler aldı. Pek çok araştırmacı, kullanılan istatistiksel yöntemlerin alışılmış yaklaşımlardan farklı olduğunu, ayrıca analizde bazı önemli kozmolojik kısıtlamaların dikkate alınmadığını savundu. Özellikle evrendeki normal madde, karanlık madde ve karanlık enerjinin toplam yoğunluğunun bire eşit olması gerektiğini ifade eden “kozmik toplam kuralı”nın yeterince hesaba katılmadığı öne sürüldü.
Sarkar ve ekibi ise geçen yıllar boyunca bu eleştirilere yanıt veren yeni çalışmalar yayımlamayı sürdürdü. Son yayımlanan araştırmalarında ise bugüne kadar hazırlanmış en kapsamlı Tip Ia süpernova kataloğu olan Pantheon+ veri setini kullandılar. Pantheon+, toplam 1701 süpernovaya ait gözlemleri içeriyor ve günümüzde bu alandaki en geniş veri tabanı olarak kabul ediliyor.
Araştırmacılar, önceki yıllarda yöneltilen eleştirilerin büyük bölümünü yeni analizlerine dahil ettiklerini ve özellikle bir düzeltmenin sonuçları önemli ölçüde değiştirdiğini belirtiyor.
Tartışmanın merkezinde “yaş etkisi” bulunuyor
Bu düzeltme, Güney Kore’deki Yonsei Üniversitesi araştırmacılarının son yıllarda yürüttüğü çalışmalardan geliyor.
Yonsei Üniversitesi ekibi, Tip Ia süpernovalarının sanıldığı kadar güvenilir standart mumlar olmayabileceğini öne sürüyor. Araştırmacılar yaklaşık 300 ev sahibi galaksiyi inceleyerek süpernovaların parlaklığının yıldız popülasyonlarının yaşına bağlı olarak sistematik biçimde değişebildiğini belirledi.
Çalışmaya göre galaksilerin erken dönemlerinde oluşan Tip Ia süpernovaları daha sönük görünüyor. Evrenin uzak bölgelerinden gelen ışık milyarlarca yıl boyunca yol aldığı için, bugün gözlediğimiz uzak galaksiler aslında evrenin çok genç dönemlerine ait görüntülerini yansıtıyor. Eğer genç galaksilerdeki süpernovalar gerçekten sistematik olarak daha sönükse, gökbilimciler bunları olduğundan daha uzakta sanmış olabilir.
Başka bir ifadeyle, uzak süpernovaların sönük görünmesi evrenin hızlanarak genişlemesinden değil, süpernovaların fiziksel özelliklerinden kaynaklanıyor olabilir. Böyle bir durumda galaksilerin uzaklıkları olduğundan fazla hesaplanmış ve buna bağlı olarak evrenin genişleme hızının da olduğundan yüksek olduğu sonucuna varılmış olabilir.
Sarkar ve çalışma arkadaşları analizlerine Yonsei Üniversitesi’nin önerdiği bu yaş düzeltmesini eklediklerinde, evrenin hızlanan genişlemesine ilişkin istatistiksel kanıtın büyük ölçüde ortadan kalktığını belirtiyor. Araştırmacılar bu nedenle karanlık enerjinin süpernova gözlemlerini açıklamak için artık gerekli olmadığını savunuyor.
Tartışma aslında geçen yıl başlamıştı
Oxford ekibinin son çalışması, 2025 yılında yine Yonsei Üniversitesi tarafından yayımlanan dikkat çekici araştırmanın devamı niteliğinde görülüyor.
Genç yıldız popülasyonlarının süpernova parlaklığı üzerindeki etkisini inceleyen Young-Wook Lee ve çalışma arkadaşları, yaş yanlılığı hesaba katıldığında evrenin genişleme hızının yaklaşık 1,5 milyar yıl önce artmayı bıraktığını ve yavaşlamaya başlamış olabileceğini öne sürmüştü.
Araştırmacılar daha da ileri giderek, eğer bu yorum doğruysa evrenin gelecekte yeniden büzülmeye başlayabileceğini, yani kozmolojide “Büyük Çöküş” (Big Crunch) olarak bilinen senaryonun yeniden olasılık haline gelebileceğini savunmuştu. Buna göre evren sonsuza kadar genişlemek yerine bir gün yeniden kendi içine çökecek ve Büyük Patlama’nın tersine benzer bir süreç yaşanabilecek.
Lee, daha önce Büyük Çöküş senaryosunun neredeyse tamamen dışlandığını, ancak yeni sonuçların bu ihtimali yeniden gündeme taşıdığını ifade ediyor.
Kozmoloji camiası ikna olmuş değil
Bununla birlikte yeni analizler bilim dünyasında ortak kabul görmüş değil.
Almanya’daki Bielefeld Üniversitesi’nden Prof. Dominik Schwarz, elde edilen sonucun dikkat çekici olduğunu belirterek karanlık enerjinin zaten gözlemler ile teori arasındaki uyuşmazlığı açıklamak amacıyla geliştirildiğini hatırlatıyor. Schwarz’a göre şimdi de süpernovaların yaşına bağlı yeni bir sistematik etkinin ortaya çıkması, standart modelde yeniden değerlendirilmesi gereken noktalar bulunduğunu gösterebilir.
Ancak çok sayıda araştırmacı bu görüşe katılmıyor.
ABD’deki SLAC Ulusal Hızlandırıcı Laboratuvarı’ndan Joshua Frieman, evrenin hızlanan genişlemesine ilişkin kanıtların yalnızca tek bir süpernova veri setine dayanmadığını vurguluyor. Kozmik mikrodalga arka plan ışınımı, büyük ölçekli galaksi dağılımları ve diğer bağımsız gözlemlerin de aynı sonucu desteklediğini belirten Frieman, Sarkar’ın çalışmasının mevcut paradigmayı değiştirmek için yeterli olmadığını düşünüyor.
2011 Nobel Fizik Ödülü’nün sahiplerinden Adam Riess de benzer görüşte. Riess, aynı araştırma grubunun benzer iddiaları daha önce de dile getirdiğini, ancak bunların ikna edici bulunmadığını hatırlatıyor. Özellikle uzak galaksilerdeki yıldız yaşlarını güvenilir biçimde belirlemenin son derece zor olduğunu söyleyen Riess, araştırmacıların ev sahibi galaksilerin ortalama yaşlarını kullanmasının teorik açıdan güçlü bir dayanağa sahip olmadığını ifade ediyor.
İngiltere Southampton Üniversitesi’nden Mark Sullivan ise yıldız yaşının süpernova parlaklığını etkileyebileceğinin zaten bilindiğini, ancak bu etkinin mevcut karanlık enerji analizlerinde uzun zamandır dikkate alındığını belirterek yeni çalışmanın evrenin yavaşladığını göstermediğini düşünüyor.
Yeni gözlemler tartışmayı sonuçlandırabilir
Önümüzdeki yıllarda Şili’de faaliyete geçecek Vera C. Rubin Gözlemevi’nin bu tartışmada belirleyici rol oynaması bekleniyor. Gözlemevinin bugün bilinen birkaç bin Tip Ia süpernovasına karşılık on binlerce yeni süpernova keşfetmesi öngörülüyor. Böylece evrenin genişleme tarihi bugüne kadar mümkün olmayan bir hassasiyetle yeniden çıkarılabilecek.
Öte yandan karanlık enerjinin doğası üzerindeki tartışmalar yalnızca Sarkar’ın çalışmasıyla sınırlı değil. Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) iş birliğinin son yıllarda yayımladığı sonuçlar da karanlık enerjinin sabit olmayabileceğini, zaman içinde değişen dinamik bir yapıya sahip olabileceğini düşündürüyor. Bu sonuçlar karanlık enerjinin tamamen ortadan kalktığını göstermese de, bugüne kadar kabul edilen kozmolojik sabit yorumunun yeniden gözden geçirilmesine neden oluyor.
Karanlık enerji gerçekten yok mu?
Bugünkü bilimsel veriler ışığında bu soruya kesin bir yanıt vermek mümkün değil. Sarkar ve çalışma arkadaşlarının analizi, karanlık enerjinin var olmadığını kanıtlamaktan çok, evrenin hızlanan genişlemesine ilişkin en önemli gözlemsel kanıtlardan biri olan Tip Ia süpernovalarının nasıl yorumlanması gerektiğini yeniden tartışmaya açıyor.
Standart kozmoloji modeli hala birbirinden bağımsız çok sayıda gözlemsel veri tarafından destekleniyor. Buna karşılık yeni çalışmalar, özellikle süpernovaların yaşına bağlı sistematik etkilerin bugüne kadar düşünüldüğünden daha önemli olabileceğini ortaya koyuyor.