TEK SÜPERNOVA, BEŞ GÖRÜNTÜ, EVRENİN GENİŞLEME HIZI

Evren bugün ne kadar hızlı genişliyor? Bu soruyu yanıtlayan sayı Hubble sabiti, H0. Onu ölçmenin başlıca iki yolu — yakın yıldızlara ve gökadalara uzanan bir mesafe “merdiveni” ile genç Evren’in sönük ardıl ışıması olan kozmik mikrodalga arka plan ışıması — şu anda anlamlı ölçüde farklı değerler veriyor. Hubble gerilimi denen bu uçurum, kozmolojinin büyük açık sorularından biri.

Üçüncü bir yol var ve bu yol ikisine de bağlı değil.

İçinde saat olan bir kozmik mercek

Çok kütleli bir cisim — bir gökada ya da bütün bir gökada kümesi — uzak bir kaynağın önünde durduğunda, kütleçekimi ışığı büker ve kaynağı birkaç görüntüye bölebilir. Buna güçlü kütleçekimsel merceklenme denir. Işık ışınları farklı uzunlukta yollar izler. Kaynağın parlaklığı değişirse, görüntüler birbiri ardına değişir.

Bu zaman gecikmeleri merceğin kütlesine ve kozmik uzaklıklara — dolayısıyla H0’a — bağlıdır. Fikri 1964’te, birkaç görüntüde görülen süpernovalarla Refsdal ortaya attı.

Bu türden ilk süpernova, bugün SN Refsdal olarak bilinen, 2014’te MACS J1149.5+2223 gökada kümesinin ardında keşfedildi. İlk olarak kümenin bir gökadasının çevresinde dört görüntü olarak belirdi; modellerin öngördüğü beşinci bir görüntünün yaklaşık bir yıl sonra gelmesi bekleniyordu. Ölçülen gecikmeler arasında iki görüntü arasında 376 günlük bir gecikme de var.

Birkaç nokta yerine 77.000 piksel

İşin zor kısmı, kümenin kütlesinin tam olarak nasıl dağıldığını bilmek. Şimdiye kadar modeller, arka plandaki gökadaların çoklu görüntülerinin yalnızca konumlarını kullanıyordu. Turku Üniversitesi ve Milano Üniversitesi’nden Stefan Schuldt ile İtalya, Almanya, İspanya ve Finlandiya’daki meslektaşları daha ileri gitti.

Modelleri zaten kümenin 308 gökadasını, karanlık madde halelerini ve 17 arka plan kaynağının 100’den fazla çoklu görüntüsünü içeriyordu. Bunun üzerine, süpernovaya ev sahipliği yapan gökadanın tam biçimini ve parlaklığını eklediler: Hubble Uzay Teleskobu’ndan 77.000 piksel. Bu, bir gökada kümesi için bu tür bir modelle kozmolojik parametrelerin ilk ölçümü.

Garantiye almak için verileri ağırlıklandırmanın dört yolunu denediler ve aralarındaki farkları ek bir belirsizlik olarak hesaba kattılar.

%3’lük bir ölçüm

H0 = 65,0 (+2,0 / −1,8) kilometre/saniye/megaparsek; Evren’in madde içeriği Ωm = 0,30 da aynı anda ölçüldü.
Belirsizlik %3,0: tek bir güçlü mercekten elde edilmiş en hassas değer; merceklenmiş bir kuasardan gelen %3,9’luk sonucun önünde.
Piksellerin eklenmesi, yalnızca görüntü konumlarını kullanan aynı modele kıyasla belirsizliği 2,0 kat azalttı.
Modelin tüm sürümleri birbiriyle ve SN Refsdal’ın önceki çalışmalarıyla uyumlu.

Değer, Planck görevinin ölçtüğü kozmik mikrodalga arka plan değeriyle ve merceklenmiş bir başka süpernova olan SN Encore’la uyuşuyor. SH0ES ekibinin mesafe merdiveni değerinden ise daha uzakta duruyor.

Kütle modelinden gelen belirsizlik artık en uzun gecikmedeki belirsizlikle kıyaslanabilir düzeyde. Başka bir deyişle sınırlayıcı etken artık harita değil, saat.

Sayıyı hâlâ değiştirebilecek şeyler

Yazarlar %3’lerinin neleri içermediğini sıralıyor. Eski modellerle karşılaştırma adil olsun diye kümenin kütle tarifini sabit tuttular; dolayısıyla bu tarifin ayrıntıları belirsizlik olarak sayılmıyor. Merceklenmenin bilinen bir kör noktası olan “kütle tabakası yozlaşması” (mass-sheet degeneracy) yalnızca kısmen dizginlenmiş durumda. Ve gökada kümelerinden geçen görüş hatları ortalamadan daha boş olsaydı, küme mercekleri H0’ı olduğundan düşük tahmin ederdi.

Bir sonraki sınav yakın: merceklenmiş bir başka süpernova olan SN Requiem, ilk görülmesinden yaklaşık on yıl sonra, 2026 ya da 2027’de yeniden görünmeli. Gecikmesi çok hassas biçimde ölçülmeli ve bunun gibi bir modelle H0’ı yüzde birkaçlık bir hassasiyetle verebilir. Rubin Gözlemevi’nin bu türden çok daha fazla süpernova bulması bekleniyor.