Einstein'ın özel görelilik kuramı doğru mu? Sidney Üniversitesi uzayda uzak galaksileri gözlemledi!

En iyi fizik anlayışımıza göre, uzayın genişlediği gerçeği, uzak evren ağır çekimde ilerliyor gibi görünürken, zamanın görünen akışını etkilemelidir. Ancak son derece parlak ve değişken gökadaların gözlemleri, bu kozmik zaman genişlemesini ortaya çıkarmakta başarısız oldu.

Nature Astronomy, 3 Temmuz 2023'te yeni bir çalışma yayınladı. Bu çalışmada, yaklaşık 200 kuasarın karmaşık titreşimini çözmek için yirmi yıllık gözlemi kullanıyorlar. Bu titremenin içinde gömülü olan, genişleyen uzayın izidir. Sadece bir milyar yaşındayken evrenin beş kat daha yavaş çalıştığını gösteriyor.

Böylece, kuasarların kozmosun kurallarına uyduklarını buldular ve modern kozmolojiye bir meydan okuma oldukları fikrini bir kenara bıraktılar.

AĞIR ÇEKİMDE HAREKET EDEN ZAMAN

1905'te Albert Einstein, özel görelilik kuramıyla bize saatlerin çalışma hızının göreli olduğunu söyledi. Olduğu gibi, saatlerin nasıl hareket ettiğine bağlı. 1915 tarihli genel teorisinde, yerçekiminin de saat tik taklarının göreli oranlarını etkileyebileceğini söyledi.

1930'lara gelindiğinde fizikçiler, Einstein'ın genel görelilik diliyle tanımlanan kozmosun genişleyen uzayının aynı zamanda tık tık evrenini de etkilediğini fark ettiler.

Sonlu ışık hızı nedeniyle, teleskoplarımızdan baktığımızda geçmişe bakıyoruz. Ne kadar uzağa bakarsak, evrenin yaşamının o kadar gerisini görürüz. Ancak genişleyen evrenimizde, ne kadar geriye bakarsak uzayın o kadar çok uzaması gerekiyor. Bu nedenle, saat tiklerinin göreceli doğası ne kadar artarsa.

Einstein'ın matematiğinin öngörüsü açıktır: Uzaktaki evrenin ağır çekimde oynadığını görmeliyiz.

TİK TAK SÜPERNOVA SAATİ

Bu ağır çekim evreni ölçmek zordur. Doğa, astronomların göreli tıkırtılarını kolayca karşılaştırabilecekleri evren genelinde standart saatler sağlamaz.

Gökbilimcilerin uygun saatlerin tik taklarını keşfetmeleri ve anlamaları 1990'lara kadar sürdü :

- Belirli bir tür patlayan yıldız, bir süpernova . Her süpernova patlaması şaşırtıcı derecede benzerdi. Hızla parlarlar ve birkaç hafta içinde kaybolurlar.

Süpernovalar benzerdir, ancak aynı değildir, yani parlama ve solma hızları standart bir saat değildir. Ancak 20. yüzyılın sonunda, gökbilimciler bu patlayan yıldızlara bir kez daha bakıyor ve onları evrenin genişlemesini haritalamak için kullanıyorlardı . (Bu genişlemenin hızlanarak karanlık enerjinin beklenmedik keşfine yol açtığı ortaya çıktı.)

Bu amaca ulaşmak için, gökbilimciler her bir süpernovanın özelliklerini ortaya çıkarmak zorunda kaldılar. Bu, onları eşit bir temele oturtmayı ve onları standart bir içsel parlaklık ve standart bir saatle eşleştirmeyi içeriyordu.

Einstein'ın tahminleriyle tam olarak aynı çizgide uzanan daha uzak süpernovaların parlamasını buldular. Evren şimdiki yaşının yarısındayken patlayan en uzak gözlemlenen süpernovalar, daha yeni süpernovalardan iki kat daha yavaş parladı ve söndü.

KUASARLAR İLE İLGİLİ SORUN

Süpernovalar, evrendeki tek değişken nesneler değildir.

Gökbilimciler 1960'larda kuasarları keşfettiler. Galaksilerin kalbinde gizlenen, güneşten milyarlarca kat daha büyük kütleli süper kütleli kara delikler olduklarına inanıyoruz . Madde bu karadeliklerin etrafında dönüyor, ısınıyor ve unutulmaya giden yolculuğunda parlak bir şekilde parlıyor.

Kuasarlar son derece parlaktır , bazıları evren bebekken öfkeyle yanar. Kuasarlar da değişkendir, madde yok olma yolunda çalkantılı bir şekilde yuvarlanırken parlaklıkları değişir.

Kuasarlar çok parlak oldukları için onları süpernovalardan çok daha uzak mesafelerden görebiliriz. Bu nedenle, genişleyen uzayın ve zaman genişlemesinin etkisi daha belirgin olmalıdır.

Ancak, beklenen sinyal için yapılan aramalar boş çıktı. Onlarca yıl boyunca gözlemlenen yüzlerce kuasarın örnekleri kesinlikle değişkendi, ancak yakınlardaki ve uzaktakilerin varyasyonlarının aynı olduğu görülüyordu.

Bazıları, bu değişkenliğin içsel olmadığını, ancak bazı kuasarları büyüten yerçekimi ile evrene dağılmış karadeliklerden kaynaklandığını öne sürdü. Daha tuhaf bir şekilde, diğerleri, beklenen kozmolojik sinyalin eksikliğinin, kozmolojimizin tamamen yanlış olduğunun ve çizim tahtasına geri dönmemiz gerektiğinin bir işareti olduğunu iddia etti.

YENİ VERİLERDE AĞIR HAREKET EDEN ZAMAN

2023'te gökbilimciler yeni bir kuasar verisi seti yayınladılar. Bu veri seti, orijinal olarak son derece başarılı Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması'nda tanımlanan 190 kuasar sundu , ancak yirmi yılı aşkın süredir çeşitli renklerde gözlemler yaptı: yeşil, kırmızı ve kızılötesi ışık.

Veri örneklemesi, bazı zamanlarda çok sayıda ve diğerlerinde daha az gözlemle karıştırıldı. Ancak bu verilerin zenginliği, Illinois Üniversitesi'nden yüksek lisans öğrencisi Zachary Stone liderliğindeki astronomların, her kuasarın değişkenliğini, sönümlü rastgele yürüyüş olarak bilinen şey olarak istatistiksel olarak karakterize edebileceği anlamına geliyordu. 

Her süpernova gibi, her kuasar da farklıdır. Gözlemlenen değişkenlik, içsel özelliklerine bağlı olabilir. Ancak bu yeni verilerle benzer kuasarları birbiriyle eşleştirerek bu farklılıkların etkisini ortadan kaldırabiliriz. Gökbilimcilerin daha önce süpernovalar için yaptıkları gibi, biz de kuasarların tik taklarını standart hale getirmiştik.

Kuasarların gözlemlenen değişkenliği üzerinde kalan tek etki, uzayın genişlemesiydi ve bu imzayı açık bir şekilde ortaya çıkardık. Kuasarlar, tıpkı Einstein'ın teorisinin öngördüğü gibi evrenin kurallarına uydular.

Ancak parlaklıkları nedeniyle, bu kozmik zaman genişlemesinin etkisini çok daha fazla görebildik. Evrenin şimdiki yaşının sadece 1/10'u olduğu zamanlardaki en uzak kuasarlar, zamanı bugüne göre beş kat daha yavaş akıyordu.

EİNSTEİN'I YENİDEN HAKLI ÇIKARMAK

Özünde, bu, Einstein'ın nasıl yine haklı olduğuna ve kozmosun matematiksel tanımının sahip olduğumuz en iyi şey olduğuna dair bir hikaye. Kozmik kara deliklerden oluşan bir deniz ya da gerçekten durağan, değişmeyen bir evrende yaşadığımıza dair fikirleri dindiriyor. Ve bu tam olarak bilimin ilerleme şeklidir.