Kadim Işığın İnce Dönüşünü Araştıran Yeni Test, Evren Modelini Sınama Karşısında

Evren‘in şeffaflaştığı ilk dönemden beri bize ulaşan kadim ışık olan kozmik mikrodalga arka planı (CMB), evren hakkında çok şey anlatıyor. Şimdi astronomlar, bu kadim ışığın polarizasyonundaki ince bir dönüşü – kozik çift kırılma (cosmic birefringence) olarak bilinen küresel sapmayı – test eden yeni bir yöntem geliştirdi. Planck uzay aracının verilerini kullanan yeni çalışma, 2020 yılında tespit edilen ve standart kozmoloji modelinin hatalı ya da eksik olduğunu kanıtlayabilecek küçük bir polarizasyon sapmasının gerçek olup olmadığını araştırdı.

Bu kadim ışık, evren yeterince soğuyup şeffaflaştığında yolculuğa çıkan fotonlardan oluşuyor ve bize 13 milyar yıldan fazla bir süredir yol alarak ulaşıyor. Bu fotonlardan her birinin, büyük patlamadan yaklaşık 380.000 yıl sonra optik açıdan şeffaflaşan evrende bir hidrojen atomundan son bir kez saçılması, fotonu polarize etti. Başlangıçta CMB fotonları rastgele polarize olmuş ve büyük ölçekli bir yönelim göstermemişti. Ancak 13 milyar yıllık yolculuk sırasında birçok şey yaşanabiliyor.

Polarizasyonun İki Temel Türü

Kozmik arka planda kodlanan ince bilgilerden biri polarizasyon. Astronomlar, kozmolojik fotonların gözlemlenebilir ölçeklerde kayabileceği iki temel yolu inceliyor. Bu iki temel yol şunlar: İlki E-modu polarizasyonu olarak adlandırılıyor ve yönelimlerin bir bölgeden dışarıya doğru yayılıyormuş gibi göründüğü tür. İkincisi ise B-modu polarizasyonu olup, polarizasyonun yakın diğer bölgelere göre kaymış gibi göründüğü tür. Astronomlar bu polarizasyon modlarını benzersiz kozmolojik nedenlere sahip oldukları için arıyor.

E-modu polarizasyonu, CMB’deki sıcaklık değişimlerinden kaynaklanıyor. İlk kez 2002 yılında DASI girişimölçer ile gözlemlendi. CMB içindeki E-modu değişimleri, Planck uzay aracı tarafından görülen sıcaklık dalgalanmalarıyla uyumlu ve bu da büyük patlama teorisini bir kez daha doğruluyor.

B-Modu ve BICEP2 Tartışması

B-modu polarizasyonu ilk kez 2014 yılında gözlemlendi, ancak bazı tartışmalardan uzak kalmadı. BICEP2 sonuçlarının yol açtığı bu tartışmayı hatırlıyor olabilirsiniz. Nedeni, B-modlarının birden fazla nedene sahip olması. En yaygını kütleçekimsiz mercek etkisi. E-modu polarize olmuş ışık bir galaksinin yakınından geçerken, kütleçekimsiz etkileşim polarizasyonu hafifçe döndürebilir ve onu E-modundan B-moduna çevirebilir. B-modunun oluşabileceği bir diğer yol ise erken evren enflasyonudur. Bu ilk hızlı genişleme evreni bir zil gibi çınatmış, ilkel kütleçekim dalgaları yaratmış. BICEP2’nin ilk başta tespit ettiğini iddia ettiği de tam olarak bu B-moduydu.

Kozmolojinin standart modeline göre, bu polarizasyonlar büyük ölçeklerde ortalamaya ulaşmalı. Yani, polarizasyonda genel bir sapma olmamalı. Bu, galaksi kümelerine benziyor. Galaksilerin kümeler halinde bir araya geldiğini görsek de, hangi yöne bakarsak bakalım neredeyse aynı sayıda galaksi görüyoruz. Evren homojen.

Kozik Çift Kırılma İddiası

Böyle bir polarizasyon sapması, kozik ışığın küresel olarak kaymasına işaret eden kozik çift kırılma olarak biliniyor. Standart model, kozik çift kırılmanın sıfır olması gerektiğini öngörür. Ancak sıfırdan farklı bir değer bulmuştu. Doğrulanması, standart modelin ya yanlış ya da eksik olduğunu kanıtlardı.

Sorun, gerçek çift kırılma ile gözlemsel sapmayı ayırt etmenin zor olması. Bu zorluğu aşmak için yeni çalışma, gözlemsel sapma için test edilabilecek bir yöntem sunuyor. Araştırmacılar, tam bir veri sonucuna bakmak yerine, gözlemsel kümeleri inceleyip bunları istatistiksel olarak karşılaştırdı. Amaç, gerçek bir kozik çift kırılmanın tüm kümelerde aynı sapma göstermesi, herhangi bir sapmanın ise değişkenlik göstermesi. Yani gerçek bir sinyalle sapmayı ayırt etme imkanı.

Bu yöntği Planck uzay aracı tarafından yakalanan sekiz polarizasyon haritasına uygulayan araştırmacılar, 2020 yılında gözlemlenen küçük polarizasyon sapmasının kozik kökenli olduğu görüldüğünü belirtti. Bu sonuç, kozik çift kırılmanın gerçek olduğuna dair fikri destekliyor.

Bu çalışma, gözlemsel sapma ile gerçek kozik çift kırılmayı ayırt etmeye yarayan yeni bir metodoloji sunuyor ve Planck’in sekiz polarizasyon haritasını kullanarak 2020’de görülen küçük sapmanın gerçek bir kozik etkiden kaynaklanma ihtimalini güçlendiriyor.

[Haber metninden derlenen araştırma bulguları]

Erken dönem çalışmaları gibi, bu sonuç da kesin bir sonuca varmak için yeterince güçlü değil. Ancak evren hakkındaki temel varsayımlarımızdan bazılarının yanlış olabileceğine dair olasılığı destekliyor. Belki evren tam olarak homojen değil ya da belki evrene bir dönüş ekleyen bir karanlık madde parçacığı var. Sık sık olduğu gibi, bu gizemi çözmek için daha fazla gözleme ihtiyacımız olacak.