Kozmologlar Evren’in Kapanan Bir Yapıya Sahip Olabileceğini İnceleyecek: Yıldız Gemileri Aynı Noktaya Dönebilir mi?

İngiltere’nin Londra kentinde bulunan Imperial College London’dan kozmoloji ve astrofizik profesörü Andrew Jaffe ile meslektaşlarının oluşturduğu uluslararası bilim ekibi, evrenin küresel geometrik yapısının (kozmik topolojinin) kapanmış bir döngü biçimi alabileceğini araştırmaktadır. Araştırmacılar, evrenin en büyük ölçeklerde kapalı bir halka şeklinde olma ihtimalini kozmik mikrodalga arka plan ışınımı ve galaksilerin üç boyutlu dağılımındaki tekrarlayan desenler aracılığıyla tespit etmeye çalışmaktadır. Bu çalışmalar, yıldız gemilerinin uzun yolculuklar sırasında başlangıç noktalarına dönebileceği teorisinin olası sonuçlarını da gündeme getirmektedir.

Kozmik topoloji evrenin küresel şeklini ve bağlanıklığını ifade eder. Eğer bu yapı kapalı bir döngü niteliğindeyse, teorik olarak tek yönde yeterince uzun yol alan herhangi bir nesnenin başlangıç noktasına geri dönmesi mümkündür. Jaffe, bunun fiziksel ve düz bir yol olması durumunda gezginin eski yerine dönebileceğini ancak o zamana dönmeyeceğini açıklamıştır. O zamana da dönüş sağlansaydı buna “kapalı zaman eğrisi” denir ki bu da pratikte bir zaman makinesi anlamına gelir.

Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işınımı ve Tespit Zorlukları

Günümüzde kabul gören temel görüş, tüm yönlerde sonsuz olan düz bir evrende yaşadığımızdır. Ancak küresel topoloji bu varsayımın bir kısmını ya da tamamını geçersiz kılabilir. Kozmik mikrodalga arka plan ışınımı (CMB), kozmik zamanda gözlemlenebilen en uzak nokta olarak kabul edilir ve Büyük Patlama‘dan yaklaşık 380.000 yıl sonra maddenin son kez etkileşime girdiği ışığı temsil eder.

Kozmologlar CMB’yi 1960’lardan beri incelemektedir, ancak topoloji desenlerini görebilmek için yeterli hassasiyete ancak 2000’lerin başında ulaşmışlardır. Modern kozmik topoloji çalışmaları ise 1990’ların sonunda, CMB içindeki desenleri kullanarak topoloji araması yapılabileceğinin anlaşıldığı dönemde başlamıştır.

Jaffe, WMAP uydusundan elde edilen verilerle 2000’lerin ortalarında önemli ilerlemeler kaydedildiğini, ardından 2010’larda daha yüksek kaliteli verilerin kullanıldığını belirtmiştir. Ancak o tarihten bu yana veri kalitesinde pek fazla bir gelişme olmamıştır.

COMPACT Ekibi ve Üç Boyutlu Haritalama Hedefi

Son birkaç yıl içinde Jaffe ve meslektaşları, “Kompakt Gözlemler, Modeller ve Anomali ile Kozik Topoloji Tahminleri İş Birliği” anlamına gelen COMPACT adlı bir grup kurmuşlardır. Yaklaşık yirmi uluslararası bilim insanından oluşan ekip, bu topojik sorunu çözmeye odaklanmaktadır.

Bu sonuçları, evrenimizi tanımlayabilecek olası topolojilerin tam matematiksel teorisinin ve detaylarının içine yerleştirmeye başladık.

Andrew Jaffe, Imperial College London

Jaffe’ye göre, gözlemlenen evrenin gerçek anlamda bir üç boyutlu haritası, yalnızca kozmik mikrodalga arka planının yüzeyindeki anomaliyi incelemenin ötesinde, kozik topolojiyi tespit etmede büyük katkı sağlayacaktır. Bu harita, astronomların en iyi teleskoplarla gözlemlediği gazları, galaksileri ve galaksi kümelerini kapsar.

Maddenin böyle düzgün bir üç boyutlu haritası, evrenin topolojisi hakkında bize daha fazla bilgi verecek; teorik olarak ulaşabileceğimiz en fazla bilgiyi bile sunabilir. Hedef, evrenden mümkün olduğunca fazlasını gözlemleyerek bu tekrarlayan desenleri yakalamaktır.

Kozik Topolojinin İşaretleri ve Torus Benzetmesi

Kozik topolojinin belirgin işaretinin ne olacağı sorusuna Jaffe, böyle bir “tanımlama” varsa gökyüzündeki birbirinden uzak görünen iki bölgenin aslında yakın olabilir olduğunu yanıt verir. En basit durumda bu bize tekrarlayan desenler sunar: CMB için bu, gökyüzünün bir tarafındaki bir dairenin, çok uzağındaki bir daireyle tam olarak aynı desene sahip olması anlamına gelebilir.

Jaffe, konuyu üç boyutlu bir torus üzerinden açıklamaktadır. Torus, halka ya da simit biçimini andıran three-dimensional geometrik bir şekildir. Simidin “boru” kısmını saran bir dağı hayal edin; bu daire borunun içinden geçecektir. Bu tür yolların varlığı, aradığımız topoji tipini göstermektedir.

Galaksi Kümelerinde Topolojik İşaretler

Topolojinin işaretleri gal kümelerinde bile görülebilir; evrenin yarısındaki bir küme diğer yarıdaki kütleye yansıyabilir. Ancak bu tür olayları gözlemlemek zor olacaktır.

Topojinin, örneğin bir torus gibi büyük olması gerektiğini biliyoruz; bu yüzden ikizlerini gözlemleyemeyiz. Birbirlerinden ve bizden çok uzaktadırlar, dolayısıyla her ikin birden aynı anda göremeyiz.

Andrew Jaffe, Imperial College London

Bu büyük ölçeklerde evreni sonunda gözlemleyebilsek bile, bu topojik olguların bizim için sonsuza kadar ulaşulamayabileceği uyarısında bulunmaktadır.

Kozik Şans ve Gelecek Gözlemleri

Bazen şanslı da olabiliriz; kozik topolojiye dair kanıtlar mevcut verilerin içinde oturuyor olabilir. Ya da önümüzdeki yıllarda CMB’yi gözlemeye, galaksilerin dağılımını ve hızlarını haritalamaya yönelik kampanyalarla toplanabilir.

Sonuç: Evrenin Boyutu Karar Verir

Jaffe’nin vurguladığı temel nokta evrenin boyutunu bilmemiz gerektiğidir. Eğer evren çok büyükse — CMB küresine olan mesafeden katbekat fazlaysa — onu tespit edemeyiz.