İlkel manyetik alanlar Hubble gerilimini çözebilir mi? Benzetimler fikri sınıyor

Kozmolojinin bugünkü en inatçı sorunlarından biri, evrenin ne hızla genişlediğine dair iki farklı ölçüm yolunun birbirini tutmaması. Son yıllarda bu "Hubble gerilimi"ne getirilen ilginç açıklamalardan biri, evrenin ilk anlarından kalma son derece zayıf manyetik alanlara dayanıyor. Karsten Jedamzik ve Tom Abel'in başını çektiği araştırmalar, bu alanların hidrojen atomlarının oluştuğu döneme etki ederek ölçümler arasındaki farkın bir kısmını açıklayabileceğini öne sürüyor. Bu fikri sınamak için ilk kez ayrıntılı üç boyutlu manyetohidrodinamik benzetimler kullanıldı.

İki yöntem, iki farklı sayı

Hubble sabiti, evrenin bugünkü genişleme hızını ifade ediyor ve megaparsek başına saniyede kilometre birimiyle ölçülüyor. Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck uydusunun ölçtüğü kozmik mikrodalga arka plan ışıması (KMA) ve standart kozmolojik model kullanılarak yapılan hesap yaklaşık 67 değerini veriyor. Yakın evrendeki Sefe değişen yıldızları ve Ia türü süpernovalar gibi "kozmik mesafe merdiveni" basamaklarıyla yapılan doğrudan ölçümler ise 73 civarında bir sonuç üretiyor. Aradaki fark küçük görünse de her iki tarafın hata payları artık o kadar daralmış durumda ki bu farkın tesadüf olması giderek zorlaşıyor.

Bu durum iki ihtimal bırakıyor: ya ölçümlerden birinde henüz fark edilmemiş bir sistematik hata var ya da standart kozmolojik model, evrenin erken döneminde etkili olan bir fiziksel süreci hesaba katmıyor.

Kozmik cetvelin boyunu değiştirmek

KMA'dan Hubble sabitine ulaşmak için gökbilimciler bir tür kozmik cetvel kullanıyor. Büyük Patlama'dan yaklaşık 380 bin yıl sonra evren, elektronların protonlarla birleşip nötr hidrojen atomlarını oluşturacağı kadar soğudu. Bu döneme "yeniden birleşme" deniyor. O ana kadar ilkel plazmada yayılan ses dalgalarının katettiği mesafe, KMA'da ve gökadaların dağılımında bir ölçek olarak izlerini bıraktı. Bu ölçeğin gerçek boyu biliniyorsa, gökyüzünde ne kadar büyük göründüğünden evrenin genişleme geçmişi hesaplanabiliyor.

Eğer yeniden birleşme biraz daha erken gerçekleşmiş olsaydı, ses dalgalarının yol alacağı süre kısalır ve cetvel küçülürdü. Aynı gözlemle uyumlu kalabilmek için bu kez daha yüksek bir Hubble sabiti gerekirdi. Yani yeniden birleşmeyi biraz hızlandıran herhangi bir mekanizma, iki ölçüm arasındaki farkı kapatmaya yardım edebilir.

Manyetik alanlar maddeyi nasıl kümeler?

Jedamzik ve Abel, ilk olarak 2011'de yayımladıkları çalışmada, erken evrende var olabilecek ilkel manyetik alanların plazmayı küçük ölçeklerde topaklaştıracağını öne sürdü. Topaklı bir ortamda yoğun bölgelerdeki elektronlar ve protonlar birbirini daha kolay bulur; bu da yeniden birleşmeyi hızlandırır. Jedamzik ve Levon Pogosian 2020'de bu etkinin Hubble gerilimini hafifletebileceğini gösteren hesaplar yayımladı.

Ancak bu ilk çalışmalar basitleştirilmiş modellere dayanıyordu. Jedamzik, Abel ve Yacine Ali-Haïmoud, açık kaynaklı ENZO kodunu yeniden birleşme kimyası, Lyman-alfa fotonlarının taşınımı için Monte Carlo benzetimleri ve fotonların sürüklenme etkisiyle genişleterek ilk kez gerçekçi üç boyutlu benzetimler yaptı. Benzetimler önemli bir ayrıntıyı ortaya çıkardı: zayıf alanlarda Lyman-alfa fotonlarının yoğun ve seyrek bölgeler arasında karışması, yeniden birleşmeyi yalnızca topaklanmanın sağlayacağından daha fazla hızlandırıyor.

Bu ayrıntılı hesaplar daha sonra gözlem verileriyle karşılaştırıldı. Jedamzik, Pogosian ve Abel'in 2025'teki analizine göre Planck verileri, DESI'nin gökada haritaları ve süpernova ölçümleri birlikte değerlendirildiğinde, bugün birkaç pikogauss düzeyinde, yani son derece zayıf bir ilkel manyetik alanın varlığı ılımlı bir istatistiksel tercih görüyor. Bu modelde Hubble sabiti standart modele göre daha yüksek çıkıyor ve KMA verileriyle uyum bozulmuyor.

Henüz kanıt değil, umut verici bir ipucu

Fikrin çekici bir yan ürünü de var. Gökada kümelerinde ve gökadalar arası uzayda ölçülen manyetik alanların kökeni hâlâ tam açıklanamıyor. Gereken alan şiddetleri, kümelerdeki manyetik alanların ek bir güçlendirme mekanizmasına gerek kalmadan tamamen ilkel kaynaktan gelebileceği düzeylerle örtüşüyor. Böylece tek bir varsayım iki ayrı bilmeceye birden ışık tutabilir.

Yine de sonuç kesin değil. İstatistiksel tercih, kullanılan veri setine göre zayıftan ılımlıya değişiyor. Jonathan Schiff ve Tejaswi Venumadhav'ın 2025'te yayımladığı bağımsız bir çalışma, belirli türdeki manyetik alan spektrumları için topaklanma etkisinin gerilimi gidermeye yetmeyecek kadar küçük kaldığını buldu. Sonuçlar, alanların ölçek dağılımına ilişkin varsayımlara oldukça duyarlı.

Kararı gelecek gözlemler verecek. İlkel manyetik alanlar KMA'nın küçük açısal ölçeklerinde ve kutuplanmasında kendine özgü izler bırakmalı. Yüksek çözünürlüklü yeni nesil KMA deneyleri bu izleri arayabilecek kadar hassas olacak. Eğer bulunurlarsa, Hubble gerilimine bir açıklama getirmenin ötesinde, evrenin ilk saniyelerindeki yüksek enerji fiziğine de doğrudan bir pencere açılmış olacak.