Adam Riess

Adam Riess (16 Aralık 1969, Washington), evrenin genişleme hızını ölçmeye adanmış bir kariyerin sahibi ABD'li astrofizikçidir. 1998'de, uzak Ia türü süpernovaların beklenenden sönük göründüğünü ve bunun evrenin genişlemesinin yavaşlamak yerine hızlandığı anlamına geldiğini ortaya koyan çalışmanın baş yazarı oldu. Bu keşif karanlık enerji araştırmalarının kapısını açtı ve ona 2011'de Saul Perlmutter ve Brian Schmidt ile birlikte Nobel Fizik Ödülü'nü kazandırdı. Bugün Johns Hopkins Üniversitesi'nde ve Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nde (STScI) çalışan Riess, yönettiği SH0ES ekibiyle evrenin bugünkü genişleme hızını yüzde 1'e yaklaşan bir hassasiyetle ölçüyor ve kozmolojinin en çok tartışılan sorunlarından biri olan Hubble geriliminin merkezinde duruyor.

Süpernovaları cetvele dönüştürmek

Riess 1992'de Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden (MIT) fizik lisans derecesini aldı, 1996'da Harvard Üniversitesi'nde doktorasını tamamladı. Danışmanları Robert Kirshner ve William H. Press'ti. “Ia Türü Süpernovaların Çok Renkli Işık Eğrisi Biçimleri” başlıklı tezinde yirmiden fazla yeni Ia türü süpernovayı ölçtü ve bu patlamaları, aradaki tozun etkisini ve süpernovalar arasındaki doğal farkları düzelterek güvenilir birer uzaklık göstergesi olarak kullanmanın yolunu geliştirdi. Tez 1999'da Robert J. Trumpler Ödülü'ne layık görüldü.

Bu yöntemin önemi şuradadır: Gökbilimciler bir cismin uzaklığını çoğu zaman doğrudan ölçemez. Gerçek parlaklığı bilinen ya da hesaplanabilen bir “standart mum”un gökyüzünde ne kadar sönük göründüğüne bakarak uzaklığını çıkarırlar. Ia türü süpernovalar, birbirine benzer kütlelerde patladıkları için parlaklıkları standartlaştırılabilen ve Sefe değişenlerinin erişemediği uzaklıklarda bile ölçüm yapmaya yetecek kadar parlak olaylardır.

1998: Yavaşlaması beklenen evren hızlanıyordu

Doktorasının ardından Riess 1996-1999 yılları arasında Kaliforniya Üniversitesi Berkeley'de Miller bursiyeri olarak çalıştı. Bu dönemde, 1994'te Brian Schmidt ve Nicholas Suntzeff'in kurduğu, ABD, Avrupa, Avustralya ve Şili'den yaklaşık 20 gökbilimciyi bir araya getiren High-Z Süpernova Arama Ekibi'ni Schmidt ile birlikte yönetti.

O yıllarda beklenti açıktı: Evrendeki maddenin kütleçekimi, Büyük Patlama'dan bu yana süren genişlemeyi yavaş yavaş frenliyor olmalıydı. Ekip, uzak süpernovaların ışığındaki kırmızıya kaymayı ve parlaklıklarını yakın süpernovalarla karşılaştırınca tam tersini buldu. Mayıs 1998'de Riess'in baş yazarı olduğu çalışmada, yüksek kırmızıya kaymalı süpernovaların, kozmolojik sabit içermeyen ve madde yoğunluğu düşük bir evrende olması gerekenden ortalama yüzde 10-15 daha uzakta olduğu bildirildi. The Astronomical Journal'ın 116. cildinde yayımlanan makale, gözlemleri açıklamak için evrenin genişlemesinin hızlanması ve bir kozmolojik sabit gerektiğini savundu.

Saul Perlmutter'in yönettiği rakip Süpernova Kozmoloji Projesi de bağımsız olarak aynı sonuca ulaştı. İki ekibin birbirini doğrulaması sonucun kısa sürede kabul görmesini sağladı; Science dergisi keşfi 1998'in “Yılın Atılımı” seçti. Riess'in makalesi bugüne dek 28 binden fazla atıf aldı. Sonraki ölçümlere göre hızlanma, kırmızıya kaymanın yaklaşık 0,4 olduğu, yani bundan yaklaşık 5 milyar yıl önceki bir dönemde başladı.

Hubble ile daha derine

Riess 1999'da Hubble Uzay Teleskobu'nun bilim operasyonlarını yürüten STScI'ye katıldı. 2002-2007 arasında yönettiği Higher-Z Süpernova Ekibi, Hubble'ı kullanarak kırmızıya kayması 1'in üzerinde olan onlarca Ia türü süpernova buldu. Bu gözlemler, evrenin genişlemesinin hızlanmaya başlamadan önce bir süre yavaşladığını ilk kez gösterdi ve 1998 sonucunun tozdan ya da süpernovaların kendisinden kaynaklanan bir yanılgı olmadığını ortaya koydu. Riess 2006'da Johns Hopkins Üniversitesi'nin kadrosuna katıldı; 2016'dan beri üniversitenin Bloomberg Seçkin Profesörü unvanını taşıyor.

Ödüller ve Nobel

Hızlanan evren keşfi Riess'e art arda ödüller getirdi: 2003'te Helen B. Warner Astronomi Ödülü, 2004'te Sackler Fizik Ödülü, 2006'da Perlmutter ve Schmidt ile paylaştığı Shaw Astronomi Ödülü, 2007'de iki ekiple birlikte Gruber Kozmoloji Ödülü. 2008'de MacArthur bursunu aldı, 2009'da ABD Ulusal Bilimler Akademisi üyeliğine seçildi.

2011'de Nobel Fizik Ödülü, “uzak süpernovaların gözlemleri yoluyla evrenin hızlanan genişlemesinin keşfi” gerekçesiyle Perlmutter, Schmidt ve Riess'e verildi. Aynı yıl Albert Einstein Madalyası'nı aldı. 2015'te Temel Fizik Breakthrough Ödülü, Schmidt ve High-Z ekibiyle birlikte ona da verildi. 2020'de Amerikan Astronomi Derneği'nin onur üyeliğine (fellow) seçildi.

SH0ES ve Hubble sabiti

Riess 2005'ten beri SH0ES ekibini yönetiyor. Adı İngilizce “Karanlık Enerjinin Durum Denklemi için Süpernova H0” ifadesinin kısaltması olan proje, evrenin bugünkü genişleme hızını, yani Hubble sabitini (H0) mümkün olan en yüksek hassasiyetle ölçmeyi amaçlıyor. Bu sabit, adını evrenin genişlediğini gösteren Edwin Hubble'dan alır; konunun kuramsal çerçevesi Evrenin genişlemesi ve Hubble-Lemaître yasası sayfamızda.

SH0ES, gökbilimcilerin “kozmik uzaklık merdiveni” dediği yöntemi kullanır. NASA'nın tarifiyle merdivenin her basamağı bir öncekine göre ayarlanır. İlk basamakta Samanyolu'ndaki Sefe değişenlerinin uzaklıkları paralaks ile ölçülür; Gaia uydusunun ölçümleri bu adımda kullanılır. Parlaklık değişiminin süresi ile gerçek parlaklığı arasındaki ilişki sayesinde Sefe değişenleri, Büyük Macellan Bulutu gibi komşu galaksilerde ve Ia türü süpernovaların patladığı daha uzak galaksilerde kilometre taşı işlevi görür. Böylece ayarlanan süpernovalar, ölçümü çok daha uzak mesafelere taşır.

Ekibin sonuçları yıllar içinde birbirini tuttu: 2016'da megaparsek başına saniyede 73,24 ± 1,74 kilometre, 2019'da 74,03 ± 1,42, 2021 sonunda yayımlanan ölçümde ise 73,04 ± 1,04 km/s/Mpc buldular.

Hubble gerilimi

Sorun şu: Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck uydusunun kozmik mikrodalga arka plan ışıması ölçümlerinden, evrenin standart modeliyle hesaplanan değer 67,4 ± 0,5 km/s/Mpc. Erken evrene dayanan bu tahmin ile yakın evrendeki doğrudan ölçümler arasındaki fark, 5 sigma düzeyini aşarak tesadüfle açıklanamayacak bir noktaya ulaştı. NASA'nın tanımıyla evren bugün, başlangıç koşullarına ve evrimine dair bugünkü anlayışımızın öngördüğünden daha hızlı genişliyor.

Tartışmanın tek bir sesi yok. Freedman ve ekibi (Carnegie-Chicago Hubble Programı), Sefe değişenleri yerine kırmızı dev kolunun ucu (TRGB) adı verilen farklı bir uzaklık göstergesiyle 2019'da 69,8 ± 1,9, 2025'te ise 70,39 ± 1,94 km/s/Mpc buldu. Bu sonuçlar iki uç değer arasında kalıyor ve gerilimin ne kadarının ölçüm yöntemlerinden kaynaklandığı sorusunu canlı tutuyor.

Webb ile sınama

Riess'in ekibi, Hubble ölçümlerinde gözden kaçmış bir hata olup olmadığını sınamak için James Webb Uzay Teleskobu'nun keskin kızılötesi gözüne başvurdu. Webb'in Sefe değişenlerini yüksek çözünürlükle gözlediği ilk sonuçlar 2023'te yayımlandı ve Hubble'ın bulduğu değeri doğruladı. The Astrophysical Journal Letters'ın 6 Şubat 2024 sayısında yayımlanan çalışmada ise Webb, sekiz Ia türü süpernovaya ev sahipliği yapan beş galaksideki toplam 1.000 Sefe değişenini gözledi. Bunların en uzağı, yaklaşık 130 milyon ışık yılı ötedeki NGC 5468 galaksisiydi. Riess, NASA'nın Mart 2024'teki duyurusunda Hubble'ın gözlediği aralığın tamamının tarandığını ve gerilimin nedeni olarak ölçüm hatasının çok yüksek bir güvenle dışlanabildiğini söyledi:

“With measurement errors negated, what remains is the real and exciting possibility we have misunderstood the universe.”

Türkçesiyle: Ölçüm hataları devreden çıkınca geriye, evreni yanlış anlamış olmamız gibi gerçek ve heyecan verici bir olasılık kalıyor.

Verileri göster

1996	Harvard'da süpernova doktorası
1998	Hızlanan genişleme makalesi
1999	STScI'ye katıldı
2005	SH0ES'i yönetmeye başladı
2006	Johns Hopkins kadrosuna girdi
2011	Nobel Fizik Ödülü
2021	H0: 73,04 ± 1,04 km/s/Mpc
2024	Webb, Hubble'ı doğruladı

Neden önemli?

Riess'in 1998'deki ölçümü, evrenin enerji bütçesinin büyük bölümünü oluşturan ve doğası hâlâ bilinmeyen karanlık enerjiyi kozmolojinin gündemine yerleştirdi. Ayrıntısı Karanlık enerji sayfamızda. Son yirmi yıldaki SH0ES çalışmaları ise evrenin genişleme hızını giderek daralan hata paylarıyla ölçerek, standart kozmoloji modelinin erken ve geç evreni aynı çerçevede açıklayıp açıklayamadığı sorusunu gündeme getirdi. Gerilimin yeni bir fiziğe mi, yoksa henüz anlaşılmamış bir ölçüm etkisine mi işaret ettiği sorusu açık; yanıt ne olursa olsun, sorunun bu kadar keskin sorulabilmesinde Riess'in ölçümlerinin payı büyük.

Kısaca

• 16 Aralık 1969'da Washington'da doğdu; MIT'den (1992) sonra Harvard'da doktora yaptı (1996).
• Doktora tezinde Ia türü süpernovaları güvenilir uzaklık göstergesine dönüştüren bir yöntem geliştirdi.
• 1998'de High-Z ekibinin evrenin genişlemesinin hızlandığını gösteren makalesinin baş yazarıydı.
• 2011 Nobel Fizik Ödülü'nü Saul Perlmutter ve Brian Schmidt ile paylaştı.
• 2005'ten beri SH0ES ekibini yönetiyor; ölçümleri Hubble geriliminin temelini oluşturuyor.
• Johns Hopkins Üniversitesi'nde Bloomberg Seçkin Profesörü ve STScI'de araştırmacı.