Karanlık enerji

Karanlık enerji, evrenin genişlemesinin hızlanmasından sorumlu tutulan, doğası bilinmeyen bileşene verilen addır. Standart kozmoloji modeline göre bugün evrendeki toplam madde-enerjinin yaklaşık yüzde 68'ini oluşturur; karanlık madde yaklaşık yüzde 27, bildiğimiz sıradan madde ise yalnızca yaklaşık yüzde 5'tir. NASA'nın özetiyle: karanlık enerjinin ne olduğunu bilmiyoruz, ama var olduğunu ve evrenin genişlemesini hızlandırdığını biliyoruz.

Karanlık enerji karanlık maddeyle karıştırılmamalıdır: karanlık madde kütleçekimiyle maddeyi bir araya toplar, karanlık enerji ise uzaya düzgün biçimde yayılmıştır ve genişlemeyi hızlandırır. Karanlık madde ayrı bir sayfada anlatılıyor.

1998: hızlanan evren

20. yüzyılın büyük bölümünde kozmologlar, evrenin genişlemesinin kütleçekim yüzünden yavaşlaması gerektiğini düşünüyordu; tek soru ne kadar yavaşladığıydı. Bunu ölçmek için iki ekip uzak Ia türü süpernovaları gözledi. Bu süpernovalar her seferinde neredeyse aynı gerçek parlaklıkla patladığı için "standart mum" olarak kullanılır: görünür parlaklıklarından uzaklıkları hesaplanabilir.

Süpernova Kozmoloji Projesi (Perlmutter ve arkadaşları) ile Yüksek-Z Süpernova Arama Ekibi (Riess ve arkadaşları), 1998'de uzak süpernovaların beklenenden sönük, yani beklenenden uzak olduğunu buldu. Bunun anlamı şaşırtıcıydı: evrenin genişlemesi yavaşlamıyor, hızlanıyordu. Perlmutter, Schmidt ve Riess bu keşif için 2011 Nobel Fizik Ödülü'nü paylaştı.

Kozmologların tahminine göre hızlanma yaklaşık 5 milyar yıl önce, karanlık enerjinin etkisi maddeninkini geçtiğinde başladı. NASA'nın anlatımıyla evren Büyük Patlama'dan yaklaşık 9 milyar yıl sonra hızlanmaya başladı.

Keşfe giden yol

Hızlanan genişlemenin keşfi, bir asırlık bir gözlem zincirinin son halkasıydı. NASA'nın özetlediği bu zincir şöyledir: Henrietta Swan Leavitt 1912'de Sefeid değişen yıldızlarının dönem-parlaklık ilişkisini buldu ve kozmik uzaklıkları ölçmenin yolunu açtı. Vesto Slipher'in kırmızıya kayma gözlemleri, galaksilerin bizden uzaklaştığını göstermeye yardım etti. Edwin Hubble, Milton Humason'la birlikte 1929'da evrenin genişlediğini doğruladı. 1998'de ise iki ekibin Ia türü süpernova gözlemleri, genişlemenin yavaşlamadığını, hızlandığını ortaya koydu. Genişlemenin tarihi "Evrenin genişlemesi ve Hubble-Lemaître yasası" sayfasında anlatılıyor.

Ne kadar karanlık enerji var?

Karanlık enerjinin yoğunluğu yaklaşık 7 × 10-30 gram/santimetreküp kadardır; yani galaksilerdeki madde yoğunluğundan çok çok düşüktür. Buna rağmen evrene baskın olmasının nedeni, uzayın her yerine düzgün biçimde yayılmış olmasıdır. Süpernova tabanlı tahminler payını yüzde 66,6, Planck'ın 2013 sonuçları yüzde 68,3 olarak verdi; NASA yüzde 68,3 ile 70 arasında bir pay veriyor.

Olası açıklamalar

Kozmolojik sabit ve boşluk enerjisi

En basit açıklama, Einstein'ın 1917'de durağan bir evren elde etmek için denklemlerine eklediği ve Hubble'ın genişlemeyi göstermesinden sonra vazgeçtiği kozmolojik sabittir (Λ). Kozmolojik sabit, uzayın kendisine ait, zaman ve mekânda değişmeyen bir enerji yoğunluğuna, yani boşluk enerjisine karşılık gelir. Pozitif boşluk enerjisi negatif basınç anlamına gelir ve genel görelilikte itici bir kütleçekim etkisi doğurarak genişlemeyi hızlandırır. Standart model ΛCDM'nin adındaki "Λ" budur.

Bu açıklamanın büyük bir sorunu var: kuantum alan kuramı boşluk enerjisinin gözlenenden onlarca, hatta yüzü aşkın büyüklük mertebesi büyük olması gerektiğini öngörüyor. Bu "Kozmolojik sabit sorunu" ayrı bir sayfada anlatılıyor.

Kuintesans

Alternatif bir açıklama, karanlık enerjinin zaman ve mekânda değişebilen dinamik bir alan olmasıdır. Antik Yunan felsefesindeki beşinci elementin adını taşıyan bu alana kuintesans denir. Kuintesans alanı, yapılar hâlinde topaklanmaması için çok hafif olmalıdır.

Diğer öneriler

NASA'nın sıraladığı başka olasılıklar arasında uzay-zamanın dokusundaki varsayımsal kusurlar ("kozmik sicimlere" benzer yapılar) ve genel göreliliğin kozmik ölçeklerde değiştirilmesi gerektiği fikri var. Einstein'ın kendisi 1919'da bu tür bir değişiklik olan "tek modüllü kütleçekimi" önermişti.

Durum denklemi: w = −1 mi?

Kozmologlar karanlık enerjiyi basıncının enerji yoğunluğuna oranı olan w parametresiyle tanımlar. Kozmolojik sabit için w tam olarak −1'dir. Ölçümler, w'nin sabit olduğu varsayımıyla, w ≈ −1 ± 0,1 (istatistiksel) ± 0,1 (sistematik) değerini veriyor; yani şimdilik kozmolojik sabitle uyumlu.

DESI: karanlık enerji zayıflıyor mu?

Son yılların en dikkat çekici gelişmesi, Arizona'daki Kitt Peak'te Mayall Teleskobu'na yerleştirilmiş, 5000 fiber konumlandırıcı robotla aynı anda binlerce galaksinin tayfını alan DESI (Karanlık Enerji Tayfsal Aleti) deneyinden geldi. Beş yıllık ana taraması Mayıs 2021'de başlayan DESI, Nisan 2024'teki ilk yıl sonuçlarında o güne kadarki en hassas baryon akustik salınım ölçümlerini yayımladı; sonuçlar karanlık enerjinin sabit kalmak yerine zamanla değişiyor olabileceğiyle uyumluydu.

Mart 2025'te açıklanan üç yıllık verilere dayalı sonuçlar bu işareti güçlendirdi. Diğer veri setleriyle birleştirildiğinde, karanlık enerjinin yoğunluğunun yavaşça azaldığına işaret eden kanıtın anlamlılığı, kullanılan veri birleşimine göre 2,8 ile 4,2 sigma arasında. DESI verilerine göre karanlık enerji 4,5 milyar yıl öncesine göre yaklaşık yüzde 10 daha zayıf olabilir. Ancak bu anlamlılık fizikte keşif için kabul edilen 5 sigma eşiğinin altında ve kozmolojik sabiti dışlamaya henüz yetmiyor. DESI 2026 itibarıyla 47 milyondan fazla galaksi ve kuasarı haritalayarak beş yıllık taramasını tamamladı.

Evrenin geleceği

Karanlık enerjinin doğası, evrenin nasıl sona ereceğini belirliyor:

• Sabit karanlık enerji: Genişleme sonsuza dek hızlanarak sürer. Uzak galaksiler, yaklaşık 16 milyar ışık yılı ötedeki kozmolojik olay ufkunun ötesine geçerek görünmez olur; Yerel Grup sonunda ısıl ölüme gider.
• Güçlenen ("hayalet") karanlık enerji: Yoğunluğu zamanla artarsa, sonunda galaksileri, yıldızları, hatta atomları parçalayan bir "Büyük Yırtılma" yaşanabilir.
• Zayıflayan ya da çekici hâle gelen karanlık enerji: Bir "Büyük Çöküş" ya da döngüsel bir evren mümkün hâle gelir.

DESI'nin işaret ettiği zayıflama doğrulanırsa, evrenin geleceğine dair senaryoların yeniden değerlendirilmesi gerekecek.

Yeni gözlemler

ESA'nın 2023'te fırlatılan ve NASA'nın da katkı verdiği Euclid teleskobu, 10 milyar ışık yılı uzaklığa kadar milyarlarca galaksinin haritasını çıkarıyor. NASA'nın Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu 30 Ağustos 2026'da bir Falcon Heavy roketiyle Kennedy Uzay Merkezi'nden fırlatıldı; Hubble'ınkine benzer çözünürlükle ama 100 kat geniş bir görüş alanıyla karanlık enerjiyi ve karanlık maddeyi inceleyecek, Ia türü süpernovaları tarayacak. Şili'deki Vera C. Rubin Gözlemevi de bu çabaya katılıyor.

Kısaca

• Karanlık enerji evrenin genişlemesini hızlandırıyor ve madde-enerjinin yaklaşık yüzde 68'ini oluşturuyor.
• Hızlanma 1998'de Ia türü süpernovalarla keşfedildi; Perlmutter, Schmidt ve Riess 2011'de Nobel aldı.
• En basit açıklama Einstein'ın kozmolojik sabiti (boşluk enerjisi); alternatif olarak kuintesans gibi dinamik alanlar öneriliyor.
• Ölçümler şimdilik w ≈ −1 ile, yani kozmolojik sabitle uyumlu.
• DESI 2024-2025'te karanlık enerjinin zayıflıyor olabileceğine dair 5 sigmanın altında işaretler buldu.
• Euclid ve Roman teleskopları sorunun yanıtına yaklaşmayı hedefliyor.

Kaynaklar: Wikipedia — Dark energy, NASA — Dark energy, Wikipedia — Cosmological constant, Wikipedia — Dark Energy Spectroscopic Instrument, NASA — Roman Space Telescope launch