Big Bang’den Kısa Bir Süre Sonra Zaman Beş Kat Daha Yavaş Aktı

Astronomlar ilk olarak, erken kozmosta zamanın ağır çekimde ilerlediğini gözlemlediler ve bu, Albert Einstein’ın evrenimizin genişlemesinin gerçekliği çarpıtan etkileri hakkındaki asırlık fikirlerini doğruladı.

İki araştırmacı, evren yalnızca bir milyar yaşındayken (şimdiki yaşının onda birinden daha az) galaksiler arasında dönen parlak maddenin titrek parıltılarını izleyerek, o zamanki olayların aynı hızda geliştiğini keşfetti. beş kat daha yavaş normalden. Bulguları bu ayın başlarında yayınlandı. Doğa Astronomisi.

“On yıllardır Isaac Newton bize uzay ve zamanın sabit olduğu ve evrendeki her saatin tam olarak aynı hızda çalıştığı bir evren vizyonunu verdi. Sydney Üniversitesi’nden astrofizikçi ve çalışmanın baş yazarı Geraint Lewis, “Sonra Einstein, zamanın aslında lastik gibi ve göreceli olduğunu öne sürerek bu görüşü yerle bir etti” diyor. “Şimdi Einstein’ın bir kez daha haklı olduğunu göstermiş olduk.”

Erken evrende zamanın daha yavaş aktığına dair Einsteincı kavram, 1920’lerin sonlarında astronomların kozmik genişlemeyi keşfetmesiyle ortaya çıktı. Gökyüzündeki galaksilerin, durmadan büyüyen boşluk tarafından süpürülerek yüksek bir hızla Samanyolu’ndan uzaklaştıkları ve uzaklaştıkça daha hızlı uçtukları bulundu. Bu, yalnızca evrenin bir zamanlar çok daha küçük ve yoğun olduğu anlamına gelmiyordu – bir “büyük patlama” ile bazı kompakt, ilkel bir noktadan ortaya çıkıyor – ama aynı zamanda bizim görebildiğimiz en uzak galaksilerin ışık hızına yakın bir hızla uzaklaşıyor olması gerekiyordu.

Einstein’ın özel ve genel görelilik teorilerine göre, her iki koşul da zamanın akışını değiştirir. Bu çok uzak gökadalardan birinden gelen ışık, derin, yoğun erken kozmosun daha ağır yerçekimsel kavramasından ve sürekli genişleyen evren boyunca seyahat ederken, Dünya’ya ulaşmak için giderek daha büyük uzay genişliklerini kat etmesi gerekir. Sonuç olarak, zaman genişlemesi olarak bilinen bir fenomende zaman esner: 10 milyar yıl önce çalışan bir saat, o zamandan bir gözlemci için normal bir hızda çalışırdı, ancak bugün birinin bakış açısıyla, çok daha yavaş çalışıyor gibi görünebilir.

Astronomlar daha önce evrenin 13,8 milyar yıllık tarihinin yaklaşık yarısında bu ağır çekim kozmosu doğrulamışlardı. devasa patlayan yıldızlardan gelen ışığı incelemek altı ila yedi milyar yıl önce patlayan süpernova denir. Ancak bu tür süpernovalar, daha önceki kozmik çağları araştırmak için gereken muazzam mesafelerde gözlemlenemeyecek kadar sönüktür.

Lewis ve astroistatist Brendon Brewer bunun yerine çok daha büyük, daha parlak nesneleri araştırdılar. kuasarlar— uzak galaksilerin merkezlerindeki gazla dolu süper kütleli karadeliklerden oluşan parlak astrofiziksel fenerler. Gaz, neredeyse ışık hızıyla besleyen bir kara deliğe akarken birikiyor ve etrafında spiraller çiziyor, burada birkaç trilyon Fahrenheit derecelik sıcaklıklara kadar ısınıyor ve kozmosta görülebilen akkor bir ışıltı yayar.

Ancak bu parıltı sabit değildir. Kara delikler dağınık, düzensiz yiyicilerdir ve trilyon derecelik gaz, pürüzsüz bir milkshake kadar az ve daha çok tıknaz fıstık ezmesi gibi aşağı inebilir. Bu değişkenlik, kuasarların tanımlanmasını kolaylaştırsa da, kozmik zamanın standart belirteçleri olarak kullanımlarını zorlaştırıyor. Süpernovalar bir havai fişek gibiyse, parlak bir şekilde yanıyor ve hızla sönüyorsa, o zaman kuasarlar, öngörülemeyen türbülanslı titreşimlerle, daha çok borsa gibi parlaklığı değiştirir. Aslında, önceki çalışmalar bulunamadı bizden çok uzaktaki kuasarlar ile nispeten yakınımızdakiler arasında bir zaman genişlemesi etkisi.

“Bu erken bulgular, bazı uç kozmologlara, kuasarların değişkenliğinin mevcut evren modellerimize uyup uymadığını sorgulama konusunda ilham verdi. Lewis, evrenin genişlediğine dair uzun süredir sahip olduğumuz temel fikrin yanlış olduğuna dair öneriler bile vardı” diyor. Bu çalışmaların küçük örnekler kullandığını veya kısa bir süre boyunca gözlemlenen kuasarları kullandığını ekliyor.

Buna karşılık, Lewis ve Brewer yeni, çok daha kapsamlı bir veri seti kullandılar: yaklaşık 2,5 milyar ila 12 milyar yıl öncesine ait bir kozmik zaman aralığını kapsayan toplam 190 kuasara baktılar. Her bir kuasarın titremesi, yirmi yıllık bir süre boyunca birden fazla dalga boyunda yüzlerce kez gözlemlendi.

İkili ayrıca kuasarları içsel parlaklıklarına göre gruplandırdı. Lewis, “Parlak kuasarları parlak kuasarlarla ve sönük kuasarları sönük kuasarlarla kutuladık” diyor. Bu yaklaşım, belirgin şekilde farklı kuasar türleri arasında “elma-portakal” karşılaştırması yapma şansını en aza indirdi ve araştırmacıların her bir kuasarın “kenelerini” kalibre etmelerine izin vererek, ışık dalgalanmalarında gözlenen bazı tutarsızlıkların zaman genişlemesinden kaynaklandığı konusunda daha fazla kesinlik sağladı.

Nihayetinde araştırmacılar, kuasar saatlerin tik taklarının tıpkı Einstein’ın göreliliğinin öngördüğü gibi davrandığını buldular. Uzak galaksilerde bulunan kuasarlar, daha sonraki yakın evrende doğanlardan daha yavaş hareket ediyordu ve zaman genişlemesi, en uzaktakilerin standart hızın beşte biri kadar buzul hızında koşuyormuş gibi görünmesine neden oluyordu.

Ontario’daki Perimeter Teorik Fizik Enstitüsü’nde Kozmoloji ve Bilim İletişimi alanında Hawking Kürsüsü’nü elinde bulunduran astrofizikçi Katie Mack, bu bulguların kuasar davranışını çevreleyen çeşitli belirsizliklere açıklık getirdiğini söylüyor. Spesifik olarak, çalışma, kuasarların fikir birliği beklentileriyle uyumlu olduğunu doğruluyor ve gökbilimcilerin onları incelerken zaman genişlemesini dikkate alma ihtiyacını güçlendiriyor.

Çalışmaya bağlı olmayan Mack, “Zaman genişlemesinin etkisinin kuasarlarda ilk kez net bir şekilde gözlemlenmesi ve orada tuhaf hiçbir şeyin olmadığını bilmek rahatlatıcı” diyor.

Gökbilimciler antik evrende etkinin varlığını tahmin etseler de, bu tahminin hala test edilmesi gerekiyordu. Edinburgh Üniversitesi Astronomi Enstitüsü’nde fahri araştırmacı olan Michael Hawkins, çalışmanın bilim adamlarına yerleşik kozmolojik modellerle rehavete kapılmaktan kaçınmaları için değerli bir hatırlatma işlevi gördüğünü söylüyor ve Einstein’ın genel görelilik teorisi ortaya çıktığında yüzyıllarca süren bilimi alt üst ettiğini ekliyor. Hawkins’in kendisi daha önce, kuasarlarda zaman genişlemesini tespit edemeyen bir araştırma yürüttü ve bunun, sahada devam eden araştırma ve iyileştirmenin önemini vurguladığını söylüyor.

Hawkins, “Bilimsel pratiği sürdürmek için şüpheciliği sonuna kadar sürdürmelisiniz, bu nedenle evrenle ilgili en köklü teorileri bile test etmeye devam etmek çok önemlidir” diyor. Bir sonraki adım olarak, gelecekteki çalışmaların, kozmik geçmişin daha da derinlerindeki galaksilerden kaynaklanan daha büyük bir kuasar örneğiyle analizi tekrarladığını görmek istiyor.

Lewis için çalışma, Einstein’ın ve modern kozmolojinin doğrulanmasından daha fazlasıdır. Eski kuasarların doğru zaman damgası, evrenin genişlemesindeki şaşırtıcı bir hızlanmadan sorumlu olduğu düşünülen gizemli güç olan karanlık enerjinin doğasını daha fazla keşfetmek için de yararlı olabilir.

Lewis, “Modellerimizi standart hale getirmek ve onaylamak, nihayetinde gelecek nesle atılan bir adımdır” diyor. “Şimdi amaç, evrenin genişlemesini olabildiğince ayrıntılı bir şekilde haritalamak.”