Karanlık enerji

Karanlık enerji, evrenin genişlemesinin hızlanmasına yol açtığı düşünülen, doğası bilinmeyen bir enerji biçimidir. Evrenin toplam enerji içeriğinin yaklaşık yüzde 68'ini oluşturduğu kestirilir.

Nasıl anlaşılır?

Kütleçekimi normalde genişlemeyi yavaşlatmalıdır. 1998-1999'da iki ekip (Saul Perlmutter'in Supernova Cosmology Project'i, Brian Schmidt ve Adam Riess'in High-z Supernova Search Team'i) uzak Ia türü süpernovaları ölçtü. Bu süpernovalar beklenenden sönüktü, yani daha uzaktaydı: genişleme yavaşlamak yerine hızlanmıştı. Üç bilim insanı bu keşifle 2011 Nobel Fizik Ödülü'nü aldı.

Bu hızlanma ancak kütleçekimine karşı etki eden bir bileşenle açıklanabiliyor. En basit aday, Einstein'ın 1917'de denklemlerine eklediği kozmolojik sabittir: uzayın kendisine ait sabit bir enerji yoğunluğu. Uzay genişledikçe yoğunluğu seyrelmez, bu yüzden madde seyrelirken karanlık enerji eninde sonunda baskın çıkar. Evrenin genişlemesinin yaklaşık 5 milyar yıl önce yavaşlamadan hızlanmaya geçtiği tahmin ediliyor.

Karanlık enerjinin durum denklemi parametresi w ile ifade edilir. Kozmolojik sabit için w = −1'dir. w'nin zamanla değişmesi ihtimali "quintessence" gibi alan kuramlarını gündeme getirir.

Örnekler

• Ia türü süpernovalar: patlama parlaklıkları bilindiği için uzaklık göstergesi olur; 1998 keşfinin dayanağıdır.
• Kozmik mikrodalga arka plan (Planck): evrenin geometrisinin düz olduğunu gösterir; madde yetmediği için kalan enerji karanlık enerjiye atfedilir.
• Baryon akustik salınımlar: galaksi dağılımındaki yaklaşık 500 milyon ışık yılı ölçekli halkalar, bir "standart cetvel" olarak genişleme tarihini ölçer.
• DESI (2024-2025): Karanlık enerjinin zamanla zayıflıyor olabileceğine dair, birleştirilen veri setlerine göre 2,8 ile 4,2 sigma arasında değişen önemde ipuçları buldu. Bu henüz kesin değildir, ama doğrulanırsa kozmolojik sabit kavramı gözden geçirilir.

Neden önemli?

Karanlık enerji, fiziğin en büyük kuramsal çelişkilerinden birini gündeme getirir. Kuantum alan kuramı boşluğun enerjisini hesaplarsa, ölçülen değerden yaklaşık 10¹²⁰ kat büyük çıkar; bu, fizik tarihinin "en kötü tahmini" diye anılır. Sorun hâlâ çözülmedi.

Evrenin geleceği de karanlık enerjiye bağlıdır. Eğer sabit kalırsa evren sonsuza dek hızlanarak genişler; uzak galaksiler görüş alanımızdan çıkar ve yıldızlar sönerken evren soğuk, boş bir hâle gider. Daha egzotik senaryolarda (Büyük Yırtılma) enerji artıp atomları bile parçalayabilir, ama bunun için kanıt yoktur.

Euclid, Vera Rubin Gözlemevi ve Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi araçlar genişleme tarihini daha hassas ölçerek karanlık enerjinin gerçek doğasına yaklaşmaya çalışıyor.

Sık yapılan yanlışlar

Karanlık enerji, bir kuvvet gibi "iten" bir şey olarak düşünülür. Oysa kozmolojik sabit modelinde uzayın belirli bir hacmindeki enerji yoğunluğu sabittir; uzay genişledikçe yeni uzay, yeni enerji getirir. Bu, genel görelilikteki negatif basınçlı bir enerji türüdür.

Karanlık enerji galaksileri, gezegenleri ya da atomları parçalamaz. Bu yapılar kendi çekimleriyle bağlıdır. Etkisi yalnızca birbirine bağlı olmayan çok uzak galaksiler arasındaki mesafede görülür.

Bir başka karışıklık, hızlanmanın "ilk anda" olduğudur. Hızlanma yeni bir olaydır: genişleme önceleri yavaşlıyordu; yaklaşık 5 milyar yıl önce yön değiştirdi, çünkü madde seyreldikçe karanlık enerji öne çıktı.

Son olarak, DESI sonuçları kesin bir yeni fizik ilan etmez; yalnızca daha çok veri toplanmasını gerektiren bir sapmadır. Bilim insanları temkinli ve beklemektedir.

İlgili terimler

• Kozmolojik sabit
• Karanlık madde
• Ia türü süpernova
• Hubble sabiti
• Genişleyen evren
• Büyük Patlama