Süpernovalar ile Evrenin Genişlediği Yeniden Doğrulandı

Kozmologlar tarafından yapılan yeni bir araştırma, evrenin genişleme hızını ölçmek için Tip Ia süpernovaların kullanılmasının doğruluğunu teyit etti. 

Bulgular, evrenin genişlemesinin hızlandığını ve bu ivmelenmenin karanlık enerjiye atfedilebileceğine dair yaygın bir teoriyi desteklerken, aynı zamanda, evrenin genişlemesinin Tip Ia süpernovaları kullanarak ölçülemeyeceği savına da karşı çıkıyor.

Yukarıda yer alan G299 gibi Tip Ia süpernovalarının evrenin genişlemesinde rol aldığı doğrulandı (Kaynak: NASA).

Evrenin tarihine bir süpernova ne kadar ışık tutabilir? ^[1]

Kozmik mesafeleri belirlemek için patlayan bir yıldızın ışığının kullanılması 2011 Nobel Fizik ödülünü getirmişti. Yöntem, herhangi bir Watt değerindeki ampuller gibi, tüm Tip Ia süpernovaların patladığında neredeyse aynı maksimum parlaklığa sahip olduğu varsayımına dayanıyor. Bu tutarlılık, onları bir takım ölçümler için işaretler olarak kullanılmalarını sağlar. Işık ne kadar zayıfsa, patlayan yıldız o kadar uzaktadır. Fakat bu doğrultuda, son yıllarda Tip Ia süpernovalarıyla yapılan çalışmalar, patlamalardan beklenenden daha tutarsız bulgular elde edilince zora düştü.

Ölçüm için kullanılan Tip la süpernovalarının en son yapılan incelemelerinden biri, bu süpernovaların parlaklığının iki farklı alt sınıfta olabileceği ve mesafeleri ölçmeye çalışırken sorunlara neden olabileceği sonucunu çıkardı. Araştırmacılar, Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması Süpernova Taraması’nda ve Süpernova Mevcut Araştırması’nda incelenen verilerde, Tip Ia süpernovalarının bahsi geçen iki alt sınıfına dair kanıt bulamadılar.

İkincil bir değerlendirme, Tip Ia süpernovalarının analiz edilme şekline odaklanmıştır. Bilim insanları, uzak Tip Ia süpernovalarının beklenenden daha sönük olduğunu tespit ettiğinde, evrenin sanılandan daha hızlı genişlediği sonucunu çıkardılar. Bu hızlanma, bilim insanlarının, evrenin %70’ini oluşturduğunu düşündükleri karanlık enerji ile ilişkilendirilmekte. Bu ‘gizemli kuvvet’, kütle çekim kuvvetinin evrenin genişlemesini yavaşlatmasını önleyerek maddeyi birbirinden ayırır.

Ancak evrenin %70'ini oluşturan bilinmeyen bir madde, bazı kozmologlar için ciddi anlamda sinir bozucu. Sonuç, Tip Ia süpernovalarının bile ilk etapta karanlık enerjinin olduğunu gösteremediğini savunarak 2015 yılında dikkat çeken süpernova analizinde kullanılan matematiksel araçların yeniden değerlendirilmesi oldu.

Genişlemesi hızlanan evrenin keşfi için 2011’de Nobel alan Scolnic ve meslektaşı Adam Riess, iddiaları reddeden, Scientific American’da 26 Ekim 2016 tarihli bir makale yazmıştı. Tip Ia süpernovalarını analiz eden matematiksel araçlar "yanlış" kullanılmış olsa bile, evrenin genişlemesinin hızlandığının %99.7 olasılıkla hala doğru olduğunu göstermekteler.

Kozmik Mesafe Ölçücü Olarak Süpernovalar ^[2]

Uzaydaki mesafeleri bulmak için gökbilimciler "standart mumlar" olarak adlandırılan nesneleri kullanırlar. Standart mumlar, bilinen belli miktarda ışık veren nesnelerdir. Gökbilimciler, bu cisimlerin gerçekte ne kadar parlak olduklarını bildiklerinden, göründükleri kadar sönük olduklarını analiz ederek bize olan mesafelerini ölçebilirler.

Örneğin, bir sokakta, lamba direkleri ile eşit olarak durduğunuzu varsayalım. Ters kare yasası olarak bilinen bir formül uyarınca, ikinci sokak lambası, ilk sokak lambasının dörtte biri kadar parlak olacak ve üçüncü sokak lambası da, birinci sokak lambasının dokuzda biri kadar parlak görünecek ve bu böyle devam edecek. Böylelikle sönüklüklerini değerlendirerek, mesafe değiştikçe sokak lambalarının ne kadar uzakta olduğunu kolayca tahmin edebilirsiniz.

Uzaydaki kısa mesafeler için - galaksimizde veya yakındaki galaksilerimizdeki yerel grupta - gökbilimciler, standart mum olarak Cepheid değişkenleri adı verilen yıldızları kullanırlar. Bu genç yıldızlar, belli bir parlaklık ile belli bir zaman aralığında atım (pals) yayarlar. Yıldızın atımlarını gözlemleyerek astronomlar gerçek parlaklığını hesaplayabilirler.

Ancak, yerel galaksiler grubunun ötesinde, teleskoplar tekil yıldızları bulamazlar. Sadece büyük yıldız gruplarını ayırt edebilirler. Bu yüzden, uzaktaki galaksilere olan mesafeleri ölçmek için gökbilimcilerin inanılmaz derecede parlak nesneleri bulmaları gerekir.

Bu nedenle gökbilimciler, süpernovalara yönelirler. Yaklaşık her 100 yılda bir, bir galakside ortaya çıkan süpernovalar, gökyüzündeki en parlak olaylardandır. Bir yıldız patladığında, galaksideki tüm yıldızların parlamasını kapatacak kadar enerji açığa çıkarır. Hatta bazen o derecedir ki, kendi bulunduğu galaksiyi göremesek bile, süpernovanın kendisini görebiliriz.

Mesafeleri belirlemek için, gökbilimciler Tip Ia süpernova olarak patlayan bir yıldız türünü kullanırlar. Tip Ia süpernovası, birbiri etrafında dönen ikili bir yıldız sisteminden oluşur. Sistemdeki yıldızlardan biri, beyaz cüce ve diğeri de dev bir yıldız veya daha küçük bir beyaz cüce olabilir.

Beyaz cüce ve kızıl dev ikili sistemi. (Kaynak:  NASA/CXC/SAO/M. Karovska et al.; Illustration: CXC/M.Weiss)

Beyaz cüceler, maddenin en yoğun formlarından biridir, ikinci olarak sadece nötron yıldızları ve kara delikler gelir. O kadar ki, beyaz cüceden alacağınız bir çay kaşığı madde, yaklaşık beş ton ağırlığa sahip olacaktır. Beyaz cüceler çok yoğun olduğundan, kütle çekimleri çok kuvvetlidir. Bu yüzden beyaz cüce, eş yıldızından madde çekerek kendine ekleyecektir.

Beyaz cüce, 1.4 güneş kütlesine veya Güneş'imizden yaklaşık %40 daha fazla kütleye (Chandrasekhar limitine) ulaştığında, nükleer zincir reaksiyonu oluşur ve beyaz cüce sonunda patlar. Ortama çıkan ışık Güneş'ten 5 milyar kat daha parlaktır. Zincir reaksiyonu daima aynı şekilde ve aynı kütlede gerçekleştiğinden, bu Tip Ia süpernovaların parlaklıkları daima aynıdır.

Süpernovanın gerçekleştiği galaksiye olan mesafeyi bulmak için bilim insanları, patlamanın ne kadar parlak olduğu ile ne kadar parlak olacağını karşılaştırmak zorundalar. Böylelikle, ters kare yasasını kullanarak, süpernova ve dolayısıyla süpernovanın bulunduğu galaksiye olan mesafeyi hesaplayabilirler.

Aşağıdaki videoda temsili olarak Tip Ia süpernova patlamasını görebilirsiniz:

Kaynaklar
[1] https://www.sciencedaily.com/releases/2017/01/170104143607.htm
[2] http://hubblesite.org/hubble_discoveries/dark_energy/de-type_ia_supernovae.php

İlgili Makale
http://mnras.oxfordjournals.org/content/early/2016/11/30/mnras.stw3109

Kapak Görseli:
http://i4.mirror.co.uk/incoming/article7706225.ece/ALTERNATES/s615b/Supernova-explosion.jpg