İstanbul Teknik Üniversitesi (İTÜ) araştırmacıları, yerleşik alternatif bir yerçekimi teorisine yeni bir bakış açısıyla yaklaşarak bu olasılığı araştırdılar. İTÜ Fizik Bölümü’nden Prof. Özgür Akarsu liderliğindeki uluslararası bir ekip, 2025 yılında Physical Review D’ de yayınlanan bir çalışmada , önceki araştırmacıların büyük ölçüde göz ardı ettiği matematiksel bir olasılığı inceledi. Analizleri, evrenin erken tarihinde karanlık enerjinin etkin yoğunluğunun negatif olduğu ve sonunda pozitif hale geldiği şaşırtıcı bir senaryoyu ortaya çıkardı.

Araştırma, Akarsu’nun İTÜ’deki grubu bünyesinde, doktora sonrası araştırmacı Dr. N. Merve Uzun ve doktora öğrencisi Bilal Bulduk ile birlikte yürütüldü. Ekip ayrıca, daha önce Akarsu’nun grubunda doktora sonrası araştırmacı olarak çalışan Doğuş Üniversitesi’nden Prof. Nihan Katırcı ve uluslararası alanda tanınmış bir teorik fizik merkezi olan Kyoto Üniversitesi Yukawa Teorik Fizik Enstitüsü’nden Prof. Antonio De Felice ile de işbirliği yaptı.

Einstein’ın Yerçekimi Teorisinde Gözden Kaçan Bir Olasılık

Bu keşif, nispeten az ilgi görmüş mevcut bir teorinin bir bölümünü incelemekten kaynaklandı. Araştırmacılar, karanlık enerji için tamamen yeni bir açıklama önermek yerine, teleparalel f(T) yerçekimi olarak bilinen bir çerçeveyi yeniden ele aldılar.

Einstein’ın genel görelilik teorisi, yerçekimini uzay-zamanın eğriliği aracılığıyla açıklar. Teleparalel yerçekimi ise farklı bir matematiksel yaklaşım benimseyerek, yerçekimini burulma adı verilen bir özellik üzerinden tanımlar. Bilim insanları, evrenin hızlanan genişlemesinin yerçekiminin kendisiyle açıklanıp açıklanamayacağını araştırmak için bu çerçevenin değiştirilmiş versiyonlarını yıllarca incelediler.

Teleparalel yerçekiminin üstel bir biçimine ilişkin önceki araştırmalar, belirli bir matematiksel çözüm kümesine odaklanmıştı. Bu yaklaşım, genel görelilikten miras kalan tanıdık bir varsayımı yansıtıyordu: karanlık enerjinin her zaman pozitif bir yoğunluğa sahip olması gerekir.

Akarsu ve meslektaşları, bu kısıtlamanın kaldırılması durumunda ne olacağını araştırmaya karar verdiler. Teorinin daha önce ihmal edilmiş bir dalını ele alarak, evrenin nasıl evrimleşmiş olabileceğine dair önemli ölçüde farklı bir tablo ortaya çıkardılar.

Karanlık Enerji Negatiften Pozitife Dönmüş Olabilir

Ekibin hesaplamaları, evrenin bugün içerdiği madde miktarı aynı kalsa bile iki farklı kozmik tarihin ortaya çıkabileceğini gösterdi.

Matematiksel çözümlerden biri, kozmolojinin standart modeline oldukça benziyor. Diğeri ise, etkili karanlık enerjinin uzak geçmişte negatif bir yoğunluğa sahip olduğunu öngörüyor. Bu ikinci olasılığa göre, yoğunluk yaklaşık 1,5 kırmızı kayma değerinde, yani yaklaşık 9,5 milyar yıl önce sıfıra ulaşmış, daha sonra pozitif hale gelmiş ve öyle kalmıştır.

Sonucu özellikle ilginç kılan şey, araştırmacıların bu davranışı elde etmek için ek bir ayarlanabilir parametre eklemelerine gerek kalmamasıdır. Bunun yerine, belirleyici faktör, evrenin mevcut madde yoğunluğuyla ilgilidir ve bu da matematiksel dalı seçer. Sonuç olarak, model standart ΛCDM modelinde kullanılan altı kozmolojik parametreyi korur.

Teori ayrıca önemli bir potansiyel sorunu da ortadan kaldırıyor. Her ne kadar muazzam kozmik mesafelerde Einstein’ın yerçekiminden farklı davranışlar öngörse de, genel görelilikten sapmaları yoğun ortamlarda doğal olarak bastırılıyor. Bu da alternatif çözümün Güneş Sistemi genelinde yapılan son derece hassas yerçekimi ölçümleriyle uyumlu kalmasını sağlıyor.

Hubble Gerilimine Olası Bir Açıklama

Yeni bulgular, karanlık enerjinin evrenin tarihi boyunca işaret değiştirmiş olup olmadığına dair yıllardır süren araştırmalara dayanıyor.

Akarsu ve çalışma arkadaşları daha önce işaret değiştirme ΛCDM (ΛsCDM) modeli adı verilen bir çerçeve geliştirmişti. Bu senaryoda, kozmolojik sabit, Büyük Patlamadan birkaç milyar yıl sonra negatiften pozitife değişir.

Önceki analizler, karanlık enerjinin yoğunluğunun işaretindeki bir değişikliğin DESI gözlemleriyle uyumlu olabileceğini ve kozmolojideki çözülememiş birçok anlaşmazlığı potansiyel olarak azaltabileceğini ortaya koymuştur. Bunlardan en önemlisi, evrenin mevcut genişleme hızını ölçmek için kullanılan farklı yöntemler arasındaki süreklilik arz eden tutarsızlık olan Hubble gerilimidir.

Ancak önemli bir soru cevapsız kaldı. Karanlık enerjinin böyle bir tersine dönüşe uğramasına neden olabilecek temel fiziksel süreç ne olabilir?

En son araştırmalar olası bir mekanizma sunuyor. Bilim insanlarının modelin bir parçası olarak işaret değişikliğini öngörmelerini gerektirmek yerine, tersine dönüş, değiştirilmiş yerçekimi teorisinin matematiksel yapısından doğal olarak ortaya çıkıyor.

Akarsu, gözden kaçmış bir çözümü araştırmanın neden bu kadar değerli olduğunu açıkladı.

“Birkaç yıldır karanlık enerjinin işaret değiştirdiği bir senaryoyu inceliyoruz ve bu senaryo, DESI’nin verileri gibi verilerle karşılaştırıldığında oldukça iyi sonuç verdi. Açık soru, bu tür bir davranışı hangi fiziksel mekanizmanın üretebileceğiydi. Bu nedenle, karanlık enerji yoğunluğunun pozitif kalması yönündeki olağan beklentiyi ihlal ettiği için bir kenara bırakılmış olan, iyi bilinen bir yerçekimi teorisinin bir dalını özellikle inceledik. İşaret değişikliği, teorinin kendisinden doğal olarak ortaya çıktı.”

DESI Gözlemleri Karanlık Enerji Hakkında Yeni Sorular Gündeme Getiriyor

Gökbilimciler kozmik genişlemeye dair giderek daha ayrıntılı ölçümler topladıkça, teorik bulgular özellikle önem kazanmıştır.

DESI, milyonlarca galaksi ve kuasarın konumunu izleyerek araştırmacıların evrenin milyarlarca yıl boyunca nasıl genişlediğini yeniden yapılandırmasına olanak tanıyor. Mart 2025’te DESI iş birliği, ilk üç yıllık gözlemlerine dayanan bulgularını yayınladı.

Kozmik mikrodalga arka planı, süpernovalar ve zayıf kütleçekimsel merceklenme ölçümleriyle birleştirildiğinde, sonuçlar karanlık enerjinin sabit bir kozmolojik sabit gibi davranmayabileceği yönündeki önceki göstergeleri güçlendirdi.

Bu bulgular henüz karanlık enerjinin zaman içinde değiştiğini kanıtlamamıştır. İstatistiksel anlamlılık, hangi gözlemsel veri kümelerinin birleştirildiğine bağlıdır ve kanıtlar kesin bir keşif iddiasında bulunmak için gereken eşiğin altında kalmaktadır. Bununla birlikte, bu olasılık bilim insanlarını kozmik genişlemenin alternatif açıklamalarını araştırmaya yöneltmiştir.

DESI, planlanan beş yıllık araştırmasını tamamlayarak 47 milyondan fazla galaksi ve kuasar gözlemledi. Elde edilen veri seti, karanlık enerjideki görünen değişikliklerin ölçümler daha hassas hale geldikçe devam edip etmediğini daha da zorlu bir şekilde test edecek.

Zamanlama da dikkat çekici. ITU liderliğindeki ekibin araştırması, DESI’nin Mart 2025 bulgularını açıklamasından birkaç ay önce, Ekim 2024’te sunulmuştu. Araştırmacılar henüz modellerini DESI veri setinin tamamına karşı test etmediler; bu nedenle bu karşılaştırma önemli bir sonraki adım olacaktır.

Evrenin Hızlanan Genişlemesi Yavaşlıyor Olabilir mi?

Önerilen modelin önemi, karanlık enerjinin yoğunluğunun işaret değiştirmiş olabileceği tahmininin ötesine uzanmaktadır.

Alternatif çözüm, belirli bir yerçekimi teorisinden kaynaklandığı için hem kozmik genişleme hem de yerçekiminin evren genelinde nasıl davrandığı hakkında tahminlerde bulunur. Bu tahminler, gökbilimcilerin önerilen kozmik tarihin gözlemlerle tutarlı olup olmadığını araştırmalarına olanak tanır.

Galaksilerin ve daha büyük yapıların nasıl oluştuğu ve büyüdüğüne dair ölçümler özellikle önemli olacaktır. Araştırmacılar ayrıca yerçekiminin ışığı nasıl büktüğünü ve evrenin genişlemesinin zaman içinde nasıl değiştiğini de inceleyebilirler. En faydalı gözlemsel testler arasında yapı büyümesi, kırmızı kayma uzay bozulmaları ve zayıf kütleçekimsel merceklenme yer almaktadır.

Kapsamlı testler gerekli olsa da, ilk sonuçlar daha fazla araştırma yapılması için gerekçeler sunmaktadır.

Kozmolojik sabiti de içeren teorinin genişletilmiş bir versiyonunda, araştırmacılar modelin, yerel ölçümlerden elde edilen daha yüksek günümüzdeki genişleme oranlarına izin verirken, kozmik mikrodalga arka planının gözlemleriyle tutarlı kalabileceğini buldular. Bu da onu Hubble gerilimini anlamak için potansiyel olarak faydalı bir yaklaşım haline getiriyor.

Genişletilmiş model, bir başka ilgi çekici olasılığa da izin veriyor: Evrenin genişlemesinin ivmesi, nispeten yakın kozmik geçmişte zayıflamış veya hatta durmuş olabilir. DESI gözlemlerini inceleyen son çalışmalar, kozmik ivmenin sabit kalıp kalmadığı konusunda benzer soruları gündeme getirmiştir.

Önemli olan, ne önerilen karanlık enerji tersine dönüşü ne de kozmik ivmedeki son yavaşlama gözlemsel bir gerçek olarak kanıtlanmamıştır. Her ikisi de giderek daha hassas verilerle test edilmesi gereken olasılıklar olarak kalmaktadır.

Yerçekimini Yeniden İncelemek Farklı Bir Kozmik Tarihi Ortaya Çıkarabilir

Araştırma, bilindik bilimsel teorilerin, önceki araştırmaların kısıtlayıcı varsayımlara dayanması nedeniyle gözden kaçan olasılıkları nasıl içerdiğini vurgulamaktadır.

Bu durumda, etkin karanlık enerjinin negatif yoğunluğa sahip olmasına izin vermek, zaten kurulmuş bir matematiksel çerçeve içinde alternatif bir evrimsel tarihi ortaya çıkardı. Araştırmacılar, diğer değiştirilmiş yerçekimi teorilerindeki benzer şekilde gözden kaçırılmış çözümlerin incelenmesinin ek bilgiler sağlayabileceğini öne sürüyor.

Sonuç olarak, yeni açıklamanın gücü, gökbilimcilerin gözlemlediği evreni ne kadar iyi yansıttığına bağlı olacaktır. DESI veri setinin tamamı ve diğer kozmolojik ölçümler, kozmik tarihin bu alışılmadık versiyonunun, yerleşik açıklamaların yanında yer almayı hak edip etmediğini belirlemeye yardımcı olacaktır.

“Mevcut bir teori çerçevesinde Evren için alternatif bir yol belirledik. Bir sonraki adım, bunu tüm gözlemsel verilerle titizlikle test etmektir. Ön tablo cesaret verici ve özellikle Hubble gerilimi hakkında bize neler söyleyebileceğiyle ilgileniyoruz,” dedi Profesör Özgür Akarsu.