Yerel Delik: Standart Kozmoloji Yanlış mı?

Yerel Delik: Evrenin oluşumunu anlatan standart kozmoloji modelinin yanlış olduğunu gösteren yeni kanıtlar ortaya çıktı. Evrenin oluşumunu yanlış mı biliyoruz? Sonuçta son 20 yıldaki ölçümler, madde ve enerjinin, evrene sandığımızdan daha dağınık dağıldığını gösteriyor. Peki bu, 1) evreni genişleten karanlık enerji teorisi, 2) galaksileri oluşturan karanlık madde teorisi ve 3) karanlık enerjiden önce evreni genişleten kozmik enflasyon teorisinin yanlış olduğunu mu gösteriyor? Bunları ne kadar düzelteceğiz? Tamamını mı, bir kısmını mı ve kısmen yapacaksak ne kadarını? Bu yazıda görelim.

Kozmolojik ilke nedir?

Bilim insanları evrenin büyük ölçeklerde nasıl işlediğine dair gayet iyi fikir sahibi. Karanlık enerji var, karanlık madde var… Özellikle karanlık madde, sağladığı ek yerçekimi ile normal maddenin topaklanıp galaksiler, yıldızlar ve gezegenleri oluşturmasını sağlamıştır. Karanlık enerji ise 6 milyar yıldır evrenin gittikçe hızlanarak genişlemesinden sorumludur. Bu görüşün temelinde kozmolojik ilke yatar. Buna göre 92 milyar ışık yılı çapındaki evren en büyük ölçeklerde homojendir. Yani 1 milyar ışık yılını aşan mesafelerde madde evrene eşit ölçüde dağılmıştır. Bu uzaklıktan itibaren hangi yöne bakarsanız bakın evrendeki ortalama galaksi sayısı aynıdır. Daha kısa mesafelerde ise madde dağınıktır.

Oysa kozmolojik ilke bir öngörüdür ve kozmik enflasyon teorisine dayanır. Buna göre evren sıcak büyük patlamadan önce ışıktan hızlı genişlemiştir. Sıcak büyük patlamadan sonra da her yönde eşit ölçüde ama ışıktan yavaş genişlemiştir; çünkü evrendeki madde ve enerji yoğunluğu evrenin genişlemesine önlemeye yeterli değildir. Yerçekimi genişlemeyi yenemeyince, evrenin genişlemesi de maddenin uzaya en büyük ölçeklerde eşit dağılmasına neden olmuştur. Buna karşın süper galaksi gruplarından daha küçük ölçeklere kaydığımızda, galaksi kümeleri ve galaksilere indiğimizde maddenin homojen değil, dağınık olduğunu görürüz:

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Kozmolojik ilke yanlış mı?

En basitinden, Samanyolu ile Andromeda galaksisi birbirine 2,2 milyon ışık yılı uzaktadır. Bu mesafe de büyük ölçüde uzay boşluğundan oluşur. Nitekim madde ve enerji uzaya eşit dağılsa uzay boşluğu olmazdı. Evren büyük patlamadan kalan ışık uzaya yayılmadan önceki gibi tümüyle gaz ve toz bulutlarıyla kaplı olurdu. Bu da ışığın uzaya yayılmasını önlerdi. Özetle kozmik enflasyondan sonra yaşadığımız evreni meydana getiren büyük patlama, madde ve enerjiyi evrende dört bir yana dağıtmıştır. Elbette büyük patlama anında belirsizlik ilkesinden kaynaklanan kuantum salınımları vardı.

Oysa evren büyük patlamadan beri 13,77 milyar yıldır genişliyor. Bu sebeple ilkin kuantum salınımlarının oluşturduğu düzensizlikler (maddenin bir yerde toplanması ama diğer yerin daha çok boş uzay olması gibi düzensizlikler) büyük ölçüde düzlendi. Bunlar evren genleşirken güneş sistemi boyundaki bulutsulardan süper galaksi kümelerine dönüştü. Böylece astronomik açıdan nispeten kısa mesafelerde madde dağınık kaldı ama büyük ölçeklerde, bu dağınıklık uzaya yaklaşık eşit dağıldı.

Kozmolojik ilke genelde doğrudur. Oysa maddenin dağınıklıktan homojenliğe ne uzaklıkta geçtiği konusu çok tartışmalıdır. Homojen evren 1 milyar ışık yılı uzakta mı başlıyor? Yoksa düzensizlikler 9,7 milyar ışık yılından itibaren mi başlıyor? Düşünün ki ikisi arasında yaklaşık 10 kat fark var. İşte bu anlamda kozmolojik ilke ve onun dayandığı kozmik enflasyon, karanlık enerji ve karanlık madde teorileri tehlikeye düşüyor. Yoksa evrenin oluşumunu baştan açıklayacağımız yeni bir bilimsel devrimin eşiğinde miyiz? Yerel delik ile görelim:

İlgili yazı: Okyanuslar Hakkında Yanıtını Bilmediğimiz 7 Soru

 

Yerel delik ve kozmolojik ilke

Evren gidip yerinde ölçemeyeceğimiz kadar büyüktür. Diğer yandan da kütle enerjiden türeyen bir özelliktir. En temel enerji türüyse ısı enerjisidir. Sonuçta kütlenin (maddenin) evrene yayılmasını sıcak büyük patlamadaki kuantum salınımlarından kaynaklanan ısı farkları belirlemiştir. Bunu büyük patlamadan kalan ışık olan kozmik mikrodalga artalan ışımasında (CMB) görürüz. CMB özünde evrenin ısı haritasıdır. CMB üzerindeki en küçük benek bile bugün genleştiği için bir galaksi veya süper galaksi kümesine karşılık gelir. Diğer yandan CM üzerindeki ısı farkları çok belirsizdir.

En sıcak beyaz beneklerle en soğuk koyu lacivert benekler arasındaki ısı farkı 1 Kelvin derecenin 15 binde biri kadardır. Bu sebeple madde ve enerjinin en büyük ölçeklerde evrene eşit dağıldığını biliyoruz. Oysa bir sorun var… CMB üzerinde gördüğümüz evrenin, galaksi nüvelerinin yüzde 99’u, evrenin genişlemesiyle bugün kozmolojik ufkun dışına çıkmıştır. CMB’nin yüzde 99’u bugün bizden ışıktan hızlı uzaklaşmaktadır. Dolayısıyla bulunduğumuz bölge, gözlemlenebilir CMB’nin merkezindeki çok daha sınırlı bir alandır. Peki bu, madde–enerji dağılımı açısından ne anlama geliyor?

Evren ne kadar dağınık?

Doğrusu bilmiyoruz ve teorilerimizdeki karışıklık, kozmolojik ilkeye aykırılık da bundan çıkıyor. CMB’nin küçük bölgelerinin haritanın tamamından daha dağınık olduğunu tahmin edersiniz. Kısacası yaşadığımız evrende madde ve enerji CMB’den çok daha düzensiz ve dağınıktır. Buna karşın 2013’te çektiğimiz en yeni CMB fotoğrafı da pek yüksek çözünürlüklü değildir. Bu yüzden bugünkü evrenin madde–enerji dağılımı hakkında bize iyi fikir vermez. Mesafeler arttıkça dağılımın gittikçe homojen olmasını bekleriz ki öyledir. Yine de CMB bize homojenliğin hangi uzaklıkta başladığını söylemez. Mademki evren yerinde ölçemeyeceğimiz kadar büyük, öyleyse madde ve enerji dağılımını nasıl hesaplarız?

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

Lambda ve Soğuk Karanlık Madde Modeli

Başlık uzun. O zaman Lambda/CMD olarak kısaltalım. Kozmolojik ilkeden yola çıkarak evrensel madde–enerji dağılımını hesapladığımız, yani söylediklerimizin altını doldurduğumuz matematik model Lambda/CMD’dir. Kozmolojinin kutsal kitabı budur. Tabii bu kitap bilimseldir; yani yeni veriler ışığında düzeltebilir veya sil baştan yazabiliriz. 😊

Şimdi, evrendeki ortalama madde dağılımını hesaplamak için uyumluluk modelini kullanırız. Bu da CMB üzerindeki sıcaklıkları karşılaştırmamızı sağlar. Tabii günümüzde sıcaklık yerine yoğunluklara dikkat ederiz. Bunun sebebi de uzay boşluğunun sıcaklığının evrenin oluşumundan beri -273,5 dereceye kadar düşmüş olmasıdır. Uzay artık saydamdır ve bizi ısı yerine yoğunluk, yani madde dağılımı ilgilendirir. Bu konuda ise uzaklık merdivenini kullanırız.

Örneğin önce Samanyolu ve Andromeda’nın ait olduğu yerel galaksi grubunun yoğunluğunu ölçeriz. Sonra yerel grubun ait olduğu Virgo galaksi kümesi ve ardından onun bağlı olduğu Laniakea süper galaksi kümesinin yoğunluk dağılımını ölçeriz. Aslında her seferinde daha küçük bir grubu baz alarak uzak mesafeler için tahminler yürütürüz. Evrenin genel yoğunluk dağılımını merak etmeyiz. Bunu kabaca CMB’den biliyoruz ve detaylar da CMB’de değil, galaksiler arasında görülüyor. Peki sonuç?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kozmolojik ilke ölçümleri

2008 yılında, yani evrende 10 milyar ışık yılı gibi ortalama dağılımı görecek kadar uzakları fotoğraflamaya başladığımızda homojenliği ölçtük. O yıl Hunt ve Sarkar evrendeki homojen dağılımın 200-300 megaparsekte ortaya çıktığını buldular. 300 megaparsek de yaklaşık 1 milyar ışık yılıdır. Bize en yakın büyük galaksi olan Andromeda’nın 2,2 milyon ışık yılı uzakta ve Samanyolu disk çapının da 200 bin ışık yılı olduğunu düşünürseniz 1 milyar ışık yılı çapındaki bir alan çok büyüktür.

Bazen homojenliğin 100 megaparsek, yani 326 milyon ışık yılı uzakta belirdiğini söyleyen astrofizikçiler de vardır ama bu doğrulanmamış bir varsayımdır. Bunlar günümüzde çok tartışmalı olan süpernova uzaklık ölçümlerine dayanır. Tartışmalı derken evrenin son 6 milyar yıldır genişlediği ve buna da karanlık enerjinin yol açtığı teorisi bu ölçümlere dayanıyor. Yine de Perlmutter, Shmidt ve Riess bu başarıyla 2011 Nobel fizik ödülünü aldılar. Burada bilimin kaçınılmaz bir zayıf yanından da söz etmek istiyorum:

Karanlık enerji gibi bilimsel teoriler varsayımlara dayanır. Karanlık enerji durumunda bu, kozmolojik ilkenin çok kısa ölçeklerde de geçerli olduğunu varsaymaktır. Oysa buna ilişkin bir kanıt yoktur! Nitekim 2009’da Subir Sarkar ve meslektaşları, süpernova uzaklık ölçümlerini kozmolojik ilke varsayımına göre düzeltmeden analiz ettiklerinde, evrenin genişlemesini hızlandıran karanlık enerjiye dair bir iz bulamadılar. Tabii astrofizikçiler bu makaleyi görmezden geldi. Peki burada neler oluyor?

İlgili yazı: Evrende Manyetik Tek Kutuplular Var mı?

 

Bilimsel makaledeki eksiklik

Birincisi mevcut teorilere aykırı teorileri çok daha sıkı test etmeliyiz ki hataya düşmeyelim. Oysa genel kabul gören teoriler kozmolojik ilke gibi ciddi varsayımlara dayanır. Bu varsayımlar yanlışsa en kesin kabul edilen teoriler bile yanlış çıkabilir. Kısacası tutucu bilim insanlarıyla devrimci bilim insanları arasında her zaman bir çekişme vardır ve bunun bizi doğruya ulaştırmasını umarız. Uzun vadede öyle olur zaten! Örneğin 1680’lerdeki klasik Newton mekaniği 1800’lerde sorgulanmış ve sonunda Einstein’ın görelilik teorisiyle güncellenmiştir.

Oysa kozmolojik ilkeyle ilgili başka bir sorun var. Elimizde evrenin genişlemesiyle ilgili yeterli kanıt yok. Genişlediğini biliyoruz ama ne kadar hızlı genişlediğinden artık emin değiliz. Kanıt yokluğunda tutucu varsayımlara dayanıyoruz ama bize doğruyu gösterebilecek makaleler de hakemli dergilerin arasında kayboluyor. Bir gün bunu ayrıca yazacağım fakat özetle 1) Bilimsel makalelerdeki atıflar büyük ölçüde okunmuyor. 2) Ayrıca çoğu, otomatik formüllü Excel dosyasında satır kaydırma gibi basit hatalar yüzünden ciddi yanlışlar içeriyor. Bu da evrenin genişleme hızı gibi hassas konularda sorun çıkarıyor.

Elbette bu 450 yıllık bilimsel yöntemin yanlış olduğunu göstermiyor. Sadece hakemli dergilerde bilimsel yöntemi uygulamaktaki başarısızlığımızı gösteriyor. Evrenin nasıl oluştuğu ve ne hızla geliştiğiyle ilgili asıl sorun burada! Büyük patlama anını göremeyeceğimiz için sofistike teoriler geliştiriyoruz. Öte yandan, bu teorilerin güncel gözlemlere uyup uymadığını test etmekte yetersiz kalıyoruz. Siz de karanlık enerjiye yapılan itirazlar spekülasyon hocam diyebilirsiniz. Öyleyse spekülasyon iddiasının tersine çok somut kanıtlarla desteklenen bu itirazlara geçelim:

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu

 

Yerel delik nedir?

Arkadaşlar, bilim insanları 10 yıldır evrenin 1 milyar ışık yılından uzun mesafelerde de oldukça dağınık olduğunu gösteren kanıtlar buluyor. Bu kanıtların ardı arkası kesilmiyor! Doğrusu ölçüm hataları bahanesiyle bunları daha ne kadar hasıraltı edeceklerini bilmiyorum. Tarafsızlık açısından asıl sorun itirazların doğruluk sigma derecesinin 3’te kalmasıdır… Bu da onlara inanmayı önlüyor ama kozmolojik ilkeye karşı olan o kadar çok kanıt var ki! Bu da bize teorileri önünde sonunda güncellemek zorunda kalacağımızı gösteriyor. Mesela Clowes-Campusano Kuasar Grubuna bakalım:

Bu grup 34 adet son derece dağınık kümelenmiş hiperaktif süper kütleli kara delik içeriyor. Bizden 9,5 milyar ışık yılı uzakta olup uzunluğu da 2 milyar ışık yılı olarak ölçülüyor! Hatta ondan önce Büyük Duvar var. Büyük duvar 2003 yılında keşfettiğimiz bir süper galaksi kümesi. Bizden 1 milyar ışık yılı uzakta ve 1,5 milyar ışık yılı uzunluğunda. Bu da evrende 1 milyar ışık yılından uzak belirgin yapılar olamayacağını söyleyen uyumluluk modeline aykırı bir durum. Şimdi buna Dev Kuasar Grubunu ekleyelim. Adı üstünde, bu dev grup da 4 milyar ışık yılı uzunluğundaki bir düzensizlik.

Oysa itirazlar sürüyor! Daha geçen temmuzda Alexia Lopez, Dev Yay’ı keşfetti. Bu da 3 milyar ışık yılına uzanan bir galaksiler, galaksi kümeleri ve gaz ve toz bulutları grubudur. Elbette kozmolojik ilkeyi kurtarmak için bütün bunların rastlantı olduğunu söyleyebilirsiniz. Buna karşın Büyük Yay’ın rastlantıyla oluşma ihtimali 100 binde birdir! Diğer örnekleri saymıyorum bile… fakat şimdi yazının başından beri söylediğim yerel deliğe geldik:

İlgili yazı: Dünyadaki En Ölümcül 5 Toksin Nedir?

 

Nihayet yerel delik

Nasıl ki Samanyolu’nun olduğu yerel galaksi grubu var, bir de içinde bulunduğumuz yerel delik var. Yerel delik 600 milyon ışık yılı genişliğinde ve ait olduğumuz Laniakea süper galaksi kümesini içine alıyor. Yerel delikteki madde yoğunluğu (galaksi sayısı) evrenin kalanından daha düşüktür. Her ne kadar yerel delikle ilgili kanıtın kozmolojik ilkeyle uyuşmazlığı 3 sigma seviyesinde kalsa da Sarkar ve meslektaşlarının son kuasar analizi, uyumluluk modeliyle 4,9 sigma oranında uyuşmazlık gösteriyor.

Nitekim bilim dünyasında 5 sigma doğruluk oranı yeni bir keşif demektir. 4,9 sigma oranıyla kuasar analizinin yanlış olma şansı milyonda birdir. Bu analizin nereden çıktığına gelince. Büyük patlamadan kalan CMB ısı haritasına bakınca, haritanın resimdeki gibi iki kutuplu olduğunu görüyoruz. Bunu kuasarların tüm evreni saran CMB arka planı üzerindeki hareketine bakarak da görebilirsiniz. Her durumda CMB’nin Dünya’nın uzaydaki hareket yönünde olan kutbu daha sıcaktır (sarı). Dünya’nın arkasında kalan kutbu da soğuktur (mavi).

Oysa kozmolojik ilkedeki uyumluluk modeli doğru olsa CMB’nin iki yarısındaki kutuplar (büyük yuvarlaklar) aynı boyda ve kendi içinde aynı sıcaklıkta olurdu. Oysa resimdeki yıldız ve kuasara bakarsanız hareket yönündeki kutbun uyumluluk modelinden çok farklı olduğunu görürsünüz. Tüm diğer kanıtlar bir yana, asıl bu kanıt çıkarsa devrim olur; çünkü bu, gözlemlenebilir evrenin tamamını gösteriyor. Öyle ki bunu açıklamak için kozmik enflasyon teorisinden bile vazgeçmek gerekebilir!

Uyuşmazlık nasıl çözülür?

Tüm bunları istatistiksel analiz ve ölçüm hatalarına yorabilirsiniz ama yüksek sigma oranları zaten hata payını azaltıyor. Peki bu durumda kozmolojik ilke yanlış mı? Bunun birkaç yorumu var: 1) Tümüyle yanlış. Madde gözlemlenebilir evrene eşit ölçüde dağılmamıştır. O zaman kozmik enflasyon, lambda/soğuk karanlık madde ve karanlık enerji teorileri yanlıştır. Bunlar yoktur. Bu çok iddialı bir varsayım olup bütün kozmolojiyi çöpe atmamızı gerektirir. Sıra dışı iddialar sıra dışı kanıtlar gerektirir. Özellikle de kozmik enflasyon büyük patlamada tekillik sorununu çözdüğünden daha kesin kanıtlar olmadan bu kadar ileri gider miyiz bilemiyorum. Oysa buna gerek yok:

İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?

 

Yerel delik ve karanlık enerji

2) Kozmik enflasyon doğru ama kozmolojik ilke yanlış olabilir. Gerçi maddenin evrene en büyük ölçeklerde oldukça eşit dağıldığını görüyoruz (5 milyar ışık yılından itibaren). 3) Kozmik enflasyon VE kozmolojik ilke doğrudur ama bunlara göre hesaplama yaptığımız uyumluluk matematik modeli yanlıştır. Kanıtlar da bunu gösteriyor gibi… Peki o zaman karanlık enerji teorisi de yanlış mı? Olabilir! Ne karanlık enerjinin ne de karanlık maddenin ne olduğunu biliyoruz. Karanlık madde parçacıklarının hiçbirini göremedik.

Daha önce karanlık enerjinin son derece anlaşılmaz olduğunu ama kozmoloji modellerine göre var olması gerektiğini söylemiştim. Karanlık madde çok daha oynak bir zeminde… Karanlık maddenin faz geçişi özellikli süper sıvı olabileceğine dair kanıtlar gittikçe artıyor. Hatta düşük ihtimalli olsa da karanlık madde ve karanlık enerjinin aynı şey olması mümkün. Bu teorilerden birini daha önce yazmıştım ama karanlık enerjiyi süper sıvı karanlık maddeyle açıklayan bir teoriyi henüz yazmadım.

Yerel delik için toparlarsak

Kozmolojide asıl sorun evrenin en az 4 milyar ışık yılına dek dağınık olmasıdır. Bu bağlamda kozmik enflasyonun doğru olduğunu sanıyoruz. CMB bu teoriyi büyük ölçüde kanıtlamıştır ki kozmik enflasyon, kozmolojiyle birçok sorunu çözdüğünden onu çöpe atmak zordur. Öte yandan birçok kozmik enflasyon modeli var. Acaba hangisi doğru? En kötü ihtimalle 10 yılda, galaksilerin nasıl oluştuğu konusunda devrim yapacak ve kozmolojik ilkeyi güncelleyeceğiz. Şansımız varsa karanlık enerji ve karanlık madde konusunda da devrim yapacağız. Hatta çok şanslıysak evrenin oluşumunu kozmik enflasyondan bambaşka bir teoriyle açıklayabiliriz. Zaman her şeyin ilacıdır. 😊

Şunu da unutmayın. Evrenin genişleme hızını Hubble oranıyla ölçüyoruz ama süpernovalara dayalı galaksi uzaklık ölçümleri, genç evrenin genişleme hızını gösteren kuasar verileriyle uyuşmuyor. Bununla ilgili son gelişmeleri beyaz cüce süpernova uyuşmazlığında yazdım. Ayrıca süpernova uzaklıklarını nötrinoları kullanarak nasıl daha doğru ölçeceğimizi yeni Spotify bilim podcast’inde anlattım (aşağıda dinleyin). Bunun dışında kafa dağıtmak için zeka küpü grup teorisiyle nasıl çözülür ve warp sürüşüyle ışıktan hızlı yolculuk olur mu yazılarını da okuyabilirsiniz. Bilimle ve sağlıcakla kalın. 😊

Nötrinolarla süpernova avlamak

¹Constraints on large scale inhomogeneities from WMAP-5 and SDSS: confrontation with recent observations
²Evidence for anisotropy of cosmic acceleration
³Discovery of a Giant Arc in distant space adds to challenges to basic assumptions about the Universe
⁴The Local Hole: a galaxy under-density covering 90% of sky to ~200 Mpc
⁵In the Realm of the Hubble tension − a Review of Solutions
⁶Compatibility of the Large Quasar Groups with the Concordance Cosmological Model
⁷The Galaxy Environment of Quasars in the Clowes-Campusano Large Quasar Group at z~1.3
⁸A Test of the Cosmological Principle with Quasars