Bilim insanları kozmik yapı büyümesinde gizemli bir baskılanma tespit etti.

Physical Review Letters dergisinde yayımlanan yeni bir araştırma, ΛCDM modelini test etmek için galaksi kümeleme verilerinin en eksiksiz setini analiz ederek, evrendeki kozmik yapıların oluşumundaki tutarsızlıkları ortaya çıkardı ve yeni bir fiziğe işaret etti.ΛCDM modeli, evrenin evrimini, genişlemesini ve yapısını tanımlayan kozmolojinin standart modelidir. Soğuk karanlık maddeyi (CDM), normal maddeyi ve radyasyonu ve karanlık enerjiyi açıklayan kozmolojik sabiti (Λ) kapsar .

ΛCDM modeli, evrenin evrimini, genişlemesini ve yapısını tanımlayan kozmolojinin standart modelidir. Soğuk karanlık maddeyi (CDM), normal maddeyi ve radyasyonu ve karanlık enerjiyi açıklayan kozmolojik sabiti (Λ) kapsar. Model, evrenin büyük ölçekli yapısı, evrenin hızlanan genişlemesi ve Büyük Patlama'nın artçı ışıması olan kozmik mikrodalga arka plan (CMB) radyasyonu da dahil olmak üzere birçok kozmolojik gözlemi açıklamada başarılı oldu.Buna rağmen, ΛCDM kozmik enflasyon, karanlık enerji ve karanlık madde gibi olguları hesaba katmada başarısız oluyor. DESI'den (Karanlık Enerji Araştırması Aracı) gelen veriler gibi son gözlemler, ΛCDM'de potansiyel anomaliler olduğunu öne sürdü.

Araştırma ekibi, bu anomalilerin birbirleriyle bağlantılı olup olmadığını ve belirli yeni bir fiziksel modele işaret edip edemeyeceğini analiz etmeyi amaçladı.

Ekipte New Jersey İleri Araştırmalar Enstitüsü'nden Dr. Shi-Fan Chen, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden Prof. Mikhail Ivanov, Columbia Üniversitesi'nden Dr. Oliver Philcox ve Cornell'de lisansüstü öğrencisi olan Lukas Wenzl yer aldı.Çalışmalarının ardındaki motivasyondan bahseden Dr. Chen, "Evren hakkında herhangi bir şeyi tahmin edebilmek harika, ancak özellikle harika olan şey, ölçümlerini tutarlı bir etkili teori kullanarak modelleyebileceğimiz birçok anketten birçok farklı gözlemlenebilir veriye sahip olmamız." dedi.

Belirtildiği üzere, ΛCDM modeli son gözlemlere dayanarak bazı olguları açıklamada başarısız olmaktadır.Bunlar arasında evrenin genişleme oranının doğrudan ve dolaylı ölçümleri arasındaki uyuşmazlık (Hubble gerilimi), madde kümelenmesinin, yani yapı büyümesinin doğrudan ve dolaylı ölçümleri arasındaki uyuşmazlık (σ 8 gerilimi) ve dinamik karanlık enerji için olası kanıt olduğunu öne süren son DESI verileri yer almaktadır.

Araştırma ekibinin yaklaşımı yenidir çünkü aynı temel fiziğin bu anormallikleri açıklayıp açıklayamayacağını görmek istiyorlar. Hipotezi test etmek için araştırmacılar kapsamlı bir veri seti oluşturmak üzere birden fazla kaynaktan gelen ölçümleri birleştirdiler.Bunlara kuzey ve güney galaktik başlıklarını içeren BOSS (Baryon Salınım Spektroskopik Araştırması) DR12 veri seti, farklı kırmızıya kayma aralıklarını kapsayan LOWZ (düşük kırmızıya kaymalı galaksiler) ve CMASS (yüksek kütleli galaksiler) örnekleri ve Planck CMB kütle çekimsel mercek haritalarıyla çapraz korelasyon dahildir.

Bu veriler, DESI'nin bulgularını test etmek için standart ΛCDM modeli ve dinamik karanlık enerji modeli olmak üzere iki ortamda analiz edildi.Dr. Philcox, seçilen verilerin yüksek doğruluğunu nasıl koruduklarını açıkladı. "Geçmiş analizler bu verileri kullanmış olsa bile, istatistiksel kısıtlamalarımız pahasına, seçim kriterlerinde kazara hatalar olan mevcut verilerin parçalarını atarak, galaksi örnekleri için tutarlı tanımlar seçmeye gerçekten çalıştık."

"Ayrıca, daha önceki makalelerimizin bir parçası olarak CMB mercekleme ile çapraz korelasyonlar üzerinde birçok test gerçekleştirdik ve belirgin bir sistematik olmadığından emin olduk."

ΛCDM analizi, kozmik yapıların öngörülenden biraz daha düşük bir büyüme hızı ortaya koydu ve Planck'ın sonuçlarıyla önemli bir uyuşmazlık (4.5σ gerilimi) gösterdi.Ayrıca madde yoğunluğu, Hubble sabiti ve yapı büyümesi için mevcut değerleri doğruladı.

Dinamik karanlık enerji analizinde ekip, dinamik karanlık enerji için güçlü bir kanıt bulamadı ve karanlık enerjinin kozmolojik bir sabit gibi davrandığını öne sürdü. Gözlemlenen yapı büyümesinin baskılanması, ΛCDM analizi tarafından öngörülenlere benzerdir.

Son olarak, Hubble sabitinin değeri Planck verileriyle örtüşüyor ancak doğrudan, yerel ölçümlerle uyuşmuyor.Prof. Ivanov, "Karanlık enerjinin etkilerinin en belirgin olduğu geç evrendeki yapı oluşumunun, en azından BOSS araştırmasındaki galaksilerle ölçüldüğü kadarıyla, erken evren ve CMB'deki beklentilere kıyasla önemli ölçüde baskılanmış göründüğünü bulduk." şeklinde açıklama yaptı.

"Bu , karanlık enerjinin standart kozmolojik sabit formundan sapmaya izin verdiğimizde bile geçerlidir.

Ekip, bastırılmış yapı büyümesinin rastgele bir şans olma ihtimalinin 300.000'de 1 olduğunu ve bunun da verilerde bilinmeyen sistematikler veya yeni fizik şeklinde açıklanamayan bir şeyin gerçekleştiğini güçlü bir şekilde öne sürdüğünü belirtiyor.Bulgular ayrıca σ 8 gerilimi için bugüne kadarki en güçlü kanıtı sağlıyor ve dinamik karanlık enerjinin bunu çözemeyeceğini gösteriyor.Wenzl, "Bahsedilen yeni gözlem teknikleri ve sistematik testlere ek olarak, eğer bu sinyal hayatta kalırsa, CMB ile olan gerginliğin çözülmesine ne tür yeni fiziklerin yardımcı olabileceğini görmek ilginç olacak" diye açıkladı.

"Örneğin, aksionik karanlık madde veya kendisiyle veya baryonlarla bir şekilde etkileşime giren ve yapının oluşumunu değiştirecek karanlık madde gibi standart dışı karanlık madde adaylarının sinyali açıklayabilmesi çok harika olurdu."

Çalışmanın bulguları, kozmik yapı oluşumuna ilişkin anlayışımızı ve daha da önemlisi kozmolojideki en temel modellerden birini sorgulatıyor.Yakında yapılacak galaksi araştırmalarından elde edilecek veriler bu tutarsızlıklar konusunda netlik sağlayacak ve evrendeki büyük ölçekli yapılara ilişkin anlayışımızda köklü bir değişikliğe ihtiyacımız olup olmadığını gösterecek.