Bir yıldız nasıl evrenden daha yaşlı olabilir?
Evrenin yaşını belirlemeye çalışan astronomlar, evrenden daha yaşlı olduğu izlenimi veren bir yıldız karşısında şaşkınlık içindeler.
Evrenin yaşını belirlemeye çalışan astronomlar, evrenden daha yaşlı olduğu izlenimi veren bir yıldız karşısında şaşkınlık içindeler.
Yüz yıldan fazla bir süredir astronomlar, Terazi Takımyıdızı’nda, yaklaşık 190 ışık yılı uzaklıkta bulunan bir yıldızı gözlemliyorlar. Bu yıldız galakside saatte 1,3 milyon kilometre hızla ilerliyor. Daha ilginci, HD 140283, veya popüler adıyla Methuselah evrenin bilinen en yaşlı yıldızlarından.
2000 yılında bilim insanları, Avrupa Uzay Ajansı’nın (ESA) Hipparcos uydusu ile yaptıkları gözlemler sonucunda yıldızın yaşını 16 milyar yıl olarak belirlediler. Bu, dudak uçuklatan büyüklükte bir sayı ve hatta çok da şaşırtıcı. Pennsylvania State Üniversitesi’nden Profesör Howard Bonn’un da belirttiği gibi, kozmik mikrodalga art alan ışınımının gözlemleri aracılığı ile yapılan tespitler sonucu evrenin yaşı 13,8 milyar yıl. Bond, bunun çok ciddi bir çelişki olduğunu belirtiyor.
Hesaplandığı gibi ele alınırsa, bu çok büyük bir problem ortaya çıkarır. Bir yıldız nasıl olur da evrenden daha yaşlı olur? Farklı bir deyişle, evren nasıl daha genç olabilir? Adını İncil’de geçen ve 969 yıl yaşadıktan sonra ölen en uzun yaşayan insan Methuselah’den alan yıldız bariz bir şekilde yaşlı. Bunu metal bolluğu az olan bir altdev olmasından, yani baskın olarak Hidrojen ve Helyumdan oluşmasından anlıyoruz. Bu aynı zamanda yıldız oluştuğunda henüz diğer elementlerin yaygın olmadığının bir göstergesi. Fakat yine de çevresinden 2 milyar yıl daha yaşlı olabilir mi? Bu aslında çok mümkün değil.
Bond ve takım arkadaşları bu durumu anlamayı kendilerine görev edindiler. Bunun için ilk adım 16 milyar sayısının gerçekten doğru bir hesap olup olmadığını anlamak. Takım Hubble Uzay Teleskobu üzerinde bulunan Fine Guidance Sensors aracı ile 2003 - 2011 yılları arasında alınan gözlemleri incelemeye koyuldu; bu veriler yıldızların konumları, uzaklıkları ve enerji salınım miktarları ile ilgili veriler içeriyor. Paralaks, tayf ve fotometre ölçümleri yapılarak yıldızın yaşı daha hassas bir şekilde hesaplanabilir.
Bond “HD 140283’ün yaşı ile ilgili belirsizliklerden biri yıldızın net uzaklığıdır.” diyor ve ekliyor: “Uzaklığı doğru olarak belirlemek önemli çünkü buradan yıldızın ışınım gücüne ve dolayısı ile yaşına ulaşabiliyoruz; ışınım gücü ne kadar büyükse yıldız o kadar genç demektir.
Tam olarak paralaks etkisini gözlemeye çalışıyoruz, başka bir deyişle yıldızın Dünya'nın yörüngesindeki hareketinden kaynaklı olan gökyüzündeki göreli yer değişimini anlamak için 6 ay aralıklarla gözlemliyoruz.”
Bond, yıldızların teorik modellemeleri ile ilgili yıldız çekirdeklerindeki nükleer reaksiyonların oranı ve dış katmanlardaki elementlerin alt katmanlara doğru karışması gibi belirsizliklerin olduğundan da bahsediyor. Bond ve takım arkadaşları yıldızdaki helyumun çekirdeğe doğru karıştığı ve dolayısı çekirdekte nükleer füzyon aracılığı ile yanacak daha az
hidrojen bıraktığı fikri üzerinde yoğunlaşıyor. Yıldızın yakıtı daha hızlı kullanılırsa yaşı daha küçük olacaktır.
Bond “Tüm bunların yanında diğer önemli bir faktör yıldızın içeriğindeki oksijen oranıdır.” diye ekliyor. Gerçekten de HD 140283’ün sahip olduğu oksijenin demire oranı beklenenden yüksek. Başlangıcından sonraki ilk birkaç milyon yıl, evrende oksijen bol bulunmadığı için bu oran yıldızın yaşının daha küçük olabileceğini gösteriyor. Tüm bu gözlemleri elde etmek Bond ve çalışma arkadaşı Profesör Don VandenBerg’in epeyce zamanını aldı ancak sonunda ciddi bir ilerleme kaydettiler.
HD 140283’ün yaşını 14,46 milyar yıl olarak hesapladılar. Bu daha önceki iddia olan 16 milyar yıla göre ciddi bir azalma. Bu sayı halen evrenin yaşından büyük ancak bilim insanları burada 800 milyon yıl kadar bir hata pay bırakmış durumdalar. Bond’un söylediğine göre bu hata oranı yıldızın yaşını evrenin yaşı ile uyumlu hale getiriyor.
İngiltere Birmingham’daki Aston Üniversitesi’nden Profesör Robert Matthews “Yapılan tüm hesaplamalarda olduğu gibi bu da rastgele ve sistematik hatalara tabi.” diye yorumluyor “Hata paylarındaki ‘örtüşme’ kozmolojik yaş hesaplamaları ile bir çelişki yaratma olasılığı doğuruyor.
Bir başka deyişle, yıldızın en çok öne sürülen yaşı evrenin kozmik mikrodalga art alan ışınımı aracılığı ile hesaplanan yaşı ile çelişiyor ve bu çelişki ancak hata payı limitleri uç noktalara çekilerek aşılabilir.”
Bond’un çalışmasındaki yeni düzenlemeler HD 140283’ün yaşını daha da aşağıya çekti. VandenBerg tarafından yayınlanan daha yeni bir makale yıldızın yaşını 14,27 milyar yıl olarak güncelledi. “Sonuç olarak yıldızın yaşı yaklaşık 14 milyar yıl olarak belirlendi ve gözlemsel ve teorik modelleme ile ilgili hatalar da eklendiğinde 700 ila 800 milyon yıllık bir hata payı ortaya çıkıyor. 13,8 milyar yıl bu ‘hata payı’ içinde kaldığı için herhangi bir çelişki yaratmıyor.”
Bond’a göre, evrenin yaşı ile bize yakın olan bu yıldızın yaşı arasındaki benzerlik, Büyük Patlama teorisine çok güçlü bir kanıt sunan bilimsel bir başarı. Bunun sebebi
her iki yaşın da farklı metotlarla ölçülmüş olması. Bond, en yaşlı yıldızların yaşlarının belirlemesindeki problemin 90lara göre daha iyi bir noktada olduğunu ve o yıllarda yıldız yaşlarının 18 milyar yıla (hatta spesifik bir durumda 20 milyar yıla) kadar vardığını belirtiyor. “Tespitlerdeki hatalar ile birlikte yaşlar uyum göstermeye başlıyor”.
Ancak Matthews bu problemin henüz çözüldüğünü düşünmüyor. Temmuz
2019’da Kaliforniya,Santa Barabara’da bulunan Kavli Teorik Fizik Enstitüsü’nde gerçekleştirilen ve alanında en iyi kozmologların katıldığı uluslararası bir konferansta astronomlar evren için farklı yaşlar öngören çalışmalar üzerine tartıştılar. Astronomlar evrenin yaşının kozmik mikrodalga art alan ışınımı aracılığı ile ölçülen değerine göre daha genç olduğunu öngören yakın galaksiler ile ilgili ölçümleri incelediler.
Evrenin yaşı için, ESA’nın Planck uzay aracının 2013’de yaptığı ölçümlerle ortaya koyulan 13,8 milyar yıla kıyasla 11,4 milyar yıl gibi sayı öne sürülüyor. Bu çalışmanın arkasındaki isimlerden birisi Balitmore, Maryland’deki Uzay Teleskobu Bilimleri Enstitüsü’nden Nobel adayı Adam Riess. Bu çıkarımlar Edwin Hubble’ın 1929’da ortaya koyduğu genişleyen bir evren modeli üzerine yapılıyor.
Genişleyen evren modeli, sıcak ve yoğun bir durumdan genişleyerek evrenin oluştuğunu öngören Büyük Patlama teorisinin temel özelliklerinden birisi. Bu durum bir başlangıç noktasının ölçülebileceğini öngörüyor ancak yeni veriler evrenin genişleme oranının Planck aracının ölçtüğünden %10 kadar daha yüksek olduğunu gösteriyor.
Gerçekten de, Planck ekibi evrenin genişleme oranın her megaparsek başına saniyede 67,4 kilometre olduğunu ancak yeni gözlemlerle bu değerin 73 veya 74’e çıktığını belirledi. Riess’a göre bunun anlamı, evrenin bugün hangi hızda genişlediğini ölçmek ile evrenin erken dönemlerindeki fiziğe göre o dönemde ne kadar hızlı genişlediğini ölçmenin farklı şeyler olması. Bu da mevcut kabul görmüş teorilerin yeniden ele alınması ve tüm bu çıkmazın ardındaki karanlık madde ve karanlık enerji ile ilgili çok daha fazla şey öğrenmemiz gerektiği anlamına geliyor.
Hubble Sabiti’nin daha büyük bir değere sahip olması evrenin yaşının daha küçük olduğu anlamına geliyor. Megaparsek
“HD 140283’ün yaşı ile ilgili belirsizliklerden biri yıldızın net uzaklığıdır” Prof. Howard Bond
başına saniyede 67,74 kilometrelik bir değer evren için 13,8 milyar yıl yaşa karşılık geliyorken, 73 veya 77 gibi bir değer evrenin yaşının 12,7 milyar yıldan büyük olamayacağını gösteriyor. Bu da yeniden HD 140283’ün evrenden daha yaşlı olduğu sorununu ortaya çıkarıyor. HD 140283’ün yaşı, Hubble Sabiti’ni 82,4 dolayısı ile evrenin yaşını 11,4 milyar yıl olarak belirleyen bir çalışmaya göre ele alınırsa çok ama çok büyük kalıyor.
Matthews tüm bunların cevaplarının yeni kozmolojik düzeltmelerde yattığına inanıyor. “Benim tahminim, yıldız astrofizikçilerinin yanlış yapıyor olmasından ziyade gözlemsel kozmologların bu paradoksa yol açan bir şeyi gözden kaçırıyor oldukları.” “Bu kozmologların dikkatsiz olduğu anlamına gelmiyor, sadece evrenin yaş tayinin yıldız çalışmalarına göre daha zor gözlemler ve teorik belirsizliklerin konusu olduğunu gösteriyor.
Matthews, bilinmeyen sistematik sapmaların gerçek değeri hata paylarının bile dışında bırakabileceğini ancak bu tarz bir durumun evrenin kozmolojik yaşına kıyasla yıldız astrofizğinde çok karşımıza çıkmayacağını belirtiyor.
Fakat, evrenin bu yıldızdan daha genç görünmesini sağlayan şey nedir? Matthews “Bunun için iki olasılık var ve bilim tarihi bize gerçeğin bu iki olasılığın karışımı olabileceğini söylüyor” diyor. “Bu durumda bunun kaynağı henüz tam anlaşılamayan gözlemsel hatalar ve evrenin dinamikleri üzerine teorilerdeki eksikler olabilir. Evrenin milyarlarca yıldır genişlemesini sağlayan karanlık enerjinin gücü henüz anlaşılamayan olgulardan birisi.
Matthews ortaya çıkan bu ’yaş paradoksunun’ karanlık enerjide bir zaman dalgalanmasının göstergesi olabileceğini ve böylece evrenin genişleme ivmesinin değişiyor olabileceğini öneriyor. Bu öneri teorisyenlerin kütleçekiminin temel özellikleri ile ilgili görüşleri ile uyum gösteriyor. Ayrıca kütleçekimsel dalgalar ile ilgili çalışmaların bu paradoksun çözümünde faydalı olacağını düşünüyor. “Kütleçekimsel dalgaların analizleri Hubble Sabiti’ni ve dolayısı ile evrenin yaşını ölçmek için daha bağımsız ve düzgün yöntemler sunuyor.
Bunu yapmak için bilim insanları, ölü yıldız çiftlerinin uzay ve zamanın yapısında oluşturduğu dalgalanmalara bakabilirler. Böylece Hubble Sabiti’ni hesaplamak için sabitin değerini 67 olarak veren kozmik mikrodalga art alan ışınımına veya sabitin değerini 73 olarak veren Sefe değişenlerine ve süpernovalara bağlı kalmak zorunda olmazlar.
Problem şu ki, ilk defa 2015 yılında keşfedilen kütleçekimsel dalgaların hesaplanması kolay bir görev değil. Ancak Newyork Flatiron Enstitüsündeki astrofizikçi Stephen Feeney’e göre, önümüzdeki on yıl içerisinde büyük bir buluş gerçekleşebilir. Buradaki fikir, kütleçekimsel dalgaların Dünya'ya göre göreli hızını ölçebilmek için nötron yıldız çiftlerinin çarpışmaları sonucu açığa çıkan görsel ışığı kullanarak bu çarpışmalar hakkında veri toplamak. Bu aynı zamanda, ortaya çıkan kütleçekimsel dalgaların uzaklıklarını analiz etmeyi de gerektiriyor. Bu iki yöntem birlikte Hubble Sabiti’nin şimdiye kadarki en hassas ölçümünü sunabilir.
HD 140283’ün yaşının gizemi daha büyük ve bilimsel olarak daha karmaşık şeylere yol açmakta ve evrenin nasıl çalıştığını anlamayı değiştirmektedir. Aynı zamanda, evrenin yaşı üzerine çalışmalar devam etmektedir, Matthews, uzak galaksilere olan mesafeyi tahmin etmekte kullanılan bazı sağlıksız varsayımları tekrar hesaplama ihtiyacını tartışmaktadır. Matthews “Paradoks için en muhtemel açıklamalar, bazı gözden kaçırılan gözlemsel etkiler ve/ veya kozmik genişlemenin dinamiğinin anlamamızda bazı şeylerin eksik kalması.” diyor. Bu ‘şey’in tam olarak ne olduğu sorusu astronomları uzunca bir süre oyalayacak gibi...