Kısaca

Gökbilimciler, Büyük Çift Gözlü Teleskop ile 15 bozulmamış galaksiyi inceleyerek evrenin ilk beş dakikasındaki ilksel helyum miktarını yüzde 0,5 belirsizlik sınırıyla belirledi.

Minnesota Üniversitesi Twin Cities araştırmacılarının da yer aldığı uluslararası bir gökbilim ekibi, evrenin ilk beş dakikasında oluşan helyum miktarını rekor bir duyarlılıkla ölçerek hassas kozmoloji alanında kritik bir eşiği geride bıraktı. The Astrophysical Journal dergisinde beş ayrı makale halinde yayımlanan araştırmada, Büyük Çift Gözlü Teleskop (Large Binocular Telescope) ile yürütülen 130 saatlik gözlem süresi kullanıldı. Bilim insanları bu gözlemler sayesinde temel kozmolojik parametrelerden biri olan ilksel helyum bolluğundaki belirsizlik oranını yüzde 0,5 seviyesine indirmeyi başardı. Elde edilen bu hassasiyet düzeyi, daha önceki bilimsel ölçüm standartlarına kıyasla üç kat daha yüksek bir doğruluk payı anlamına geliyor.

Yaklaşık 13,8 milyar yıl önce son derece yüksek yoğunluk ve sıcaklıktaki bir durumdan genişlemeye başlayan evreni açıklayan Büyük Patlama teorisi, üç temel gözlemsel sütun üzerine kuruludur. Bu sütunlar evrenin genişlemesi, kozmik mikrodalga arka plan ışıması ve başta helyum ile döteryum olmak üzere hafif elementlerin evrendeki ilk bolluk oranlarından oluşur. Bilimsel literatürde kozmik mikrodalga arka planı ve genişleme parametreleri uzun yıllardır son derece yüksek hassasiyetle haritalandırılmış olmasına rağmen, helyum bolluğu diğer iki sütun kadar kapsamlı ve dar bir belirsizlik aralığıyla ölçülememişti.

Araştırma ekibi, yüzde 0,5 belirsizlik sınırına ulaşabilmek için geleneksel ekstrapolasyon yöntemlerini terk etti. Çok sayıda galaksiyi ölçüp bilinen verilerden hareketle ilk helyum miktarını tahmin etmek yerine, bugüne kadar keşfedilmiş kimyasal açıdan en az evrimleşmiş 15 küçük ve uzak galaksiye odaklanıldı. Kimyasal kirlenmeye maruz kalmadıkları için Büyük Patlama'dan hemen sonraki koşulları koruyan bu sistemler birer zaman kapsülü gibi değerlendirildi. Ohio Eyalet Üniversitesinde tasarımı ve inşası 12 yıl süren gelişmiş MODS spektrografları kullanılarak 10'dan fazla helyum çizgisi ile 15 hidrojen çizgisi eşzamanlı kaydedildi. Bu yöntem, yüzde birin altındaki hassasiyet hedeflerinde kritik hale gelen küçük sistematik etkilerin tümüyle elenmesini sağladı.

Minnesota Üniversitesi Fen ve Mühendislik Fakültesi Fizik ve Astronomi Okulu öğretim üyesi Evan Skillman, çalışmanın 40 yıllık kariyerindeki en büyük keşiflerden biri olduğunu ve ilk beş dakikadaki koşullara dair doğrudan fiziksel teşhis gücü taşıdığını belirtti. Belirlenen kesin helyum oranı, Standart Model sınırları dahilinde erken evrende bulunan en hafif atom altı parçacıklar olan nötrino ailelerinin sayısını hesaplama imkanı tanıdı. Ohio Eyalet Üniversitesinden astronomi profesörü Richard Pogge ise cihazların evrenin temel parametrelerini ortaya koyacak şekilde çalıştığını aktardı. Projede ayrıca Gonzaga Üniversitesi, Northwestern Üniversitesi, Texas Üniversitesi Austin, Indiana Üniversitesi, California Üniversitesi Santa Cruz, Illinois Üniversitesi, Meksika Ulusal Özerk Üniversitesi ve TRIUMF bünyesindeki araştırmacılar görev aldı.

Neden önemli?Büyük Patlama teorisinin temel ayaklarından birini ilk kez bu hassasiyette doğrulayan çalışma, erken evrendeki nötrino ailelerinin sayısını hesaplamaya olanak tanıyor.

Şu ana kadar bildiklerimiz

  • The Astrophysical Journal'da yayımlanan beş makalelik çalışma, ilksel helyum miktarındaki belirsizliği yüzde 0,5 seviyesine indirerek önceki standartlardan üç kat daha hassas bir sonuca ulaştı.
  • Araştırmacılar, Büyük Çift Gözlü Teleskop üzerinde 12 yılda geliştirilen MODS spektrograflarını kullanarak 15 bozulmamış galaksiyi 130 saat boyunca gözlemledi.
  • Analizlerde 10'dan fazla helyum ve 15 hidrojen çizgisi eşzamanlı incelenerek erken evrendeki nötrino ailelerinin sayısı hesaplandı.