Geçtiğimizin Aralık ayında, Şili’nin kuzeyindeki Atakama Kozmoloji Teleskopu (ACT) ile “Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işıması” (İngilizcede kısaca CMB) üzerinde gerçekleştirilen son gözlemlerin sonuçları yayımlandı. Çeşitli ülkelerden araştırmacılardan oluşan ekip, CMB gözlemlerinden elde ettikleri bulguları standart kozmolojik modele (Λ-CDM) uygulayarak, evrenin yaşının —artı eksi 40 milyon yıl hassasiyetle— 13,77 milyar yıl olarak hesaplandığını duyurdu. Bu tahmin 2009-2013 yılları arasında Planck uydusu ile yapılan gözlemlerin sonuçlarıyla uyum gösteriyor.

CMB, evrende gözlenebilen en eski ışık olarak ifade edilebilir. Evrenin hayli sıcak ve yoğun olduğu erken dönemleri aslında fotonlarla dolu olmasına rağmen, ortamda serbest bir şekilde gezinen elektronlar tarafından sürekli olarak saçılıma uğratıldıklarından, bu yoğun ortamın içerisinde kapana kısılmış durumdaydılar. Evrenin genişleyip soğumasıyla, serbest haldeki proton ve elektronlar hidrojen (ve daha sonra helyum) atomlarını oluşturdular ve böylece fotonlar serbest kaldı. Büyük Patlama’dan yaklaşık 380.000 yıl sonra transparanlaşan evrende serbestçe yayılan bu ilk ışık, yani CMB, evrenin milyarlarca yıl önceki bebeklik safhalarını gözler önüne seren bir fotoğraf gibidir. Evrende bunca zaman yol almanın bedeli olarak dalga boyu git gide uzayan bu ilk ışık dalgaları, bugün elektromanyetik spektrumun mikrodalga bölgesinde ölçümlenebilmektedir.

CMB evrenin genişlemesini incelemek açısından önemli bir kaynaktır, çünkü Büyük Patlama’nın akabinde oluşan yoğun ve sıcak madde denizindeki sıcaklık dalgalanmaları CMB üzerinde gözlemlenebilmektedir. Evreninin genişlemesiyle birlikte genişleyen bu dalgalanmaların boyutu, –standart model aracılığıyla– bize Hubble sabitini (yani evrenin genişleme hızını) ve evrenin yaşını verir. Dolayısıyla, bahsi geçen dalgalanmaların boyutunun hassas bir şekilde ölçülmesi önemlidir.

Genelde CMB’ye ilişkin en detaylı gözlem verileri uzaydan, Planck gibi uydulardan gelir. Atmosferin mikrodalga ışığı engelleyici etkisinden azade olmak, kozmik kalıntıdaki sıcaklık dalgalanmalarının daha hassas bir şekilde ölçülmesine olanak verir. ACT ise yer merkezli bir teleskop olmasına karşın And Dağları’nın yükseklerine kurulmuş olmasının avantajlarını sonuna kadar kullanır. Teleskopun bulunduğu irtifalarda hava katmanı ince ve kuru olduğundan, oldukça iyi bir CMB görüşü elde edilebilir. Bunun yanı sıra, ACT kozmik ışıktaki polarizasyonu ölçümlemek için özel olarak tasarlanmış bir teleskoptur.

CMB’deki eşit dağılımlı (uniform) sıcaklık bölgelerinin boyutunun kozmik genişlemenin hızını vermesi gibi, eşit dağılımlı polarizasyon bölgelerinin boyutu da aynı işlevi görür. Araştırmacılar ACT ile CMB’deki polarizasyonun ölçeğini daha önce olmadığı kadar hassas bir şekilde ölçümleyerek Hubble sabitinin değerinin 66.4 ila 69.4 km/s/Mpc olduğunu tespit ettiler. Buradan, Planck uydusunun sonuçlarıyla uyumlu olarak, evrenin yaşı 13,77 milyar yıl olarak hesaplandı. Yani, elimizde birbiriyle uyumlu iki bağımsız ve hassas CMB ölçümü oldu.

Ancak evrenin genişleme hızını ölçmenin tek yolu CMB’ye bakmak değil; öne çıkan alternatif metotlardan biri değişen yıldızlar ve uzaktaki süpernovalara ilişkin direkt gözlemelere dayanıyor. Sorun şu ki, bu alternatif yaklaşımla hesaplandığında CMB’ye göre daha büyük bir Hubble sabiti elde ediliyor. Hubble sabiti, süpernovalar baz alındığında 71.6 ila 74.4 km/s/Mpc arasında bulunuyor, yani ACT’ninkinden yaklaşık yüzde yedi daha büyük. Bu demek oluyor ki, eğer süpernovalara dayanan yöntemi doğruysa, evrenimiz CMB’nin öngördüğüne göre hem daha hızlı genişliyor hem de daha genç.

Gözlem sonuçlarındaki uyumsuzluk bir yerlerde ciddi bir sorun olduğuna işaret ediyor. Bu sorun, bazı fizikçilerin savunduğu üzere standart kozmolojik modelin yeniden ele alınmasını gerektiriyor olabilir. Bir süredir kozmik genişlemenin ölçümlenmesine dair yeni gözlemler ve metotların bu uyuşmazlığı ortadan kaldıracağı düşünülüyordu, ancak ACT’den gelen sonuçlar göre bu uyuşmazlık bir süre daha bizimle olmaya devam edecek gibi görünüyor.

Kaynaklar:
1) https://www.universetoday.com/149530/new-observations-agree-that-the-universe-is-13-77-billion-years-old/

2) https://www.universetoday.com/149482/astronomers-improve-their-distance-scale-for-the-universe-unfortunately-it-doesnt-resolve-the-crisis-in-cosmology/

3) https://www.jwst.nasa.gov/content/science/firstLight.html

Bilim ve Gelecek / 23.01.21