İTÜ ekibi karanlık enerjinin işaret değiştiren yeni bir yerçekimi modeli önerdi.

Model, karanlık enerji yoğunluğunun kırmızıya kayma değerinin 1,5 olduğu dönemde (yaklaşık 9,5 milyar yıl önce) sıfırı geçtiğini, bu zamandan önce negatif, sonrasında ise pozitif olduğunu öngörüyor. Bu davranış, modelin parametre sayısını standart ΛCDM modeliyle aynı altı parametreye sabitleyerek, evrenin genişleme hızındaki ölçüm uyuşmazlığına yani Hubble gerilimine çözüm getirme potansiyeli taşıyor.

Karanlık enerji sabit midir? DESI verileri sorguluyor

Yıllardır kozmolojinin standart modelinde karanlık enerji, evrensel bir sabit (Lambda) gibi davranıyordu; yoğunluğu zamanla değişmez, her epokta aynıydı. Ancak Son Işını Spektroskopik Aracı (DESI) tarafından toplanan veriler, bu varsayımı sorgulatmaya başladı.

DESI, evrenin en büyük üç boyutlu haritasını oluştururken, karanlık enerjinin etkisinin zamanla evrildiğine dair güçlü ipuçları elde etti.

Mart 2025'te açıklanan ilk üç yıllık veri seti, kozmik mikrodalga arka planı, süpernovalar ve zayıf mercekleme gözlemleriyle birleştirildiğinde, karanlık enerjinin basit bir kozmolojik sabit olmayıp zamanla değişebileceği yönündeki şüpheleri güçlendirdi.

Henüz kesin bir keşif seviyesine ulaşılmasa da, bu durum teorisyenleri alternatif açıklamalar aramaya itti.

Genel Görelilik'teki 'eğrilik' yerine 'burulma'

Akarsu ekibinin çalıştığı teleparallel yerçekimi, yerçekimini uzay-zaman eğriliği ile değil, uzay-zamanın burulması (torsiyon) ile açıklar. Matematiksel olarak Genel Görelilik'e eşdeğer bir temel oluşturur ancak genişletildiğinde (f(T) teorisi) farklı kozmolojik çözümler sunar. Literatürdeki çalışmalar yıllardır, karanlık enerji yoğunluğunun her zaman pozitif olması gerektiği varsayımına dayanan tek bir matematiksel yolu izlemişti.

Akarsu ve ekibi, bu varsayıyı kasten gevşettiler ve 'pozitiflik şartı' ihlal eden, dolayısıyla daha önce kenara bırakılan ikinci dalı incelediler.

Çalışma, Akarsu'nun İTÜ'deki araştırma grubunda postdoktoral araştırmacı Dr. N. Merve Uzun ve doktora öğrencisi Bilal Bulduk ile, Doğuş Üniversitesi öğretim üyesi Prof. Dr. Nihan Katırcı ve Kyoto Üniversitesi Yukawa Kuramsal Fizik Enstitüsü'nün Prof. Dr. Antonio De Felice işbirliğinde yürütüldü.

İki farklı kozmik tarih, aynı bugün

Bu ihmal edilmiş dal, bugünkü madde miktarı aynı olsa bile evrenin geçmişte izlediği yolda radical bir fark yaratıyordu. Standart yolda karanlık enerji her an pozitifken, yeni dalda yoğunluk evrenin ilk milyar yıl boyunca negatif kaldı, kızıl öteleme 1,5 civarında (yaklaşık 9,5 milyar yıl önce) sıfırı çizdi ve sonrasında pozitif hale geldi.

Bu 'işaret değiştirme' davranışı, modele elle eklenen serbest bir parametreyle değil, evrenin bugünkü madde yoğunluğundan doğal olarak çıkıyordu. Dolayısıyla model, standart model kadar basit (altı parametre) kalıyordu.

Güneş Sistemi testlerinden geçen bir teori

Kozmik ölçeklerde bu kadar farklı davranan bir teorinin, güneş sistemi gibi yoğun ortamlarda Einstein'in tahminlerinden sapmaması gerekiyordu. Çalışma, modelin yoğun ortamlarda Genel Görelilik'e otomatik olarak yaklaştığını, yani sapmaların 'ekranlandığını' (screening) gösterdi.

Bu sayede mercekleme, gezegen yörüngeleri ve ışık sapması gibi hassas yerel testlerle uyumlu kaldı.

ΛsCDM modelinden eksik mekanizmanın bulunması

Akarsu grubu, karanlık enerji sabitinin zamanla imzasını değiştiren Lambda-och-Sigma karanlık enerji modeli (ΛsCDM) üzerinde yoğun bir çalışmaya imza attı. Söz konusu model, Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) gözlem verileriyle örtüşme gösterirken, Hubble sabiti etrafındaki değer uyuşmazlığını yani Hubble gerilimini hafifletme potansiyeli taşıyordu. Lakin bu matematiksel tutarlılığın arkasında yatan fiziksel mekanizma, özellikle de nedenin "neden işaret değiştiriyor?" sorusuna neyin yol açtığı hususu henüz aydınlatılamamıştı.

Yeni teleparallel modeli, bu mekanizmayı teorinin kendi yapısı içinden doğal olarak üreten ilk somut örnek oldu.

Akarsu, "Birkaç yıldır işaret değiştiren bir senaryo çalışıyorduk ve DESI verilerine karşı şaşırtıcı derecede dayanıklı çıkıyordu. Açık soru bunu üretecek fiziksel mekanizmaydı.

Pozitiflik beklentisi nedeniyle kenara bırakılmış bilinen bir yerçekimi teorisi dalını kasten inceledik. İşaret değişimi teorinin kendisinden doğal olarak çıktı" dedi.

DESI'nin 47 milyon galaksi testi önünde

İTÜ önderliğindeki çalışma Ekim 2024'te dergiye gönderilmiş olup DESI'nin Mart 2025 verilerinden aylardır önceden biliniyordu. Planlı beş yıllık anketini tamamlayan DESI'nin gözlem sahasında ise toplamda 47 milyondan fazla galaksi ve kuazar yer alıyor.

Tam veri seti, karanlık energinin görülen evriminin devam edip etmediğini çok daha keskin test edecek.

Ekibin bir sonraki adımı, modeli bu tam veri seti ve galaksi büyümesi, kızıl öteleme uzayı boğulmaları, zayıf yerçekimi merceklemesi gibi yapı oluşumu gözlemleriyle karşılaştırmak.

Genişletilmiş modelde ivme durabilir

Genişletilmiş versiyonu, modele kozmolojik sabit ekleyerek hem kozmik mikrodalga arka planı verileriyle uyumu sağlıyor hem de yerel ölçümlerdeki yüksek genişleme hızı değerlerini, yani Hubble gerilimini açıklıyor.

Aynı genişletme, kozmik ivmenin çok yakın geçmişte yavaşlayabileceğini, hatta durabileceğini de öngörüyor; bu da DESI verilerinin son analizlerinde gündeme gelen bir ihtimal.

"Mevcut bir teorinin içinde evren için alternatif bir yol belirledik. Bir sonraki adım bunu tam gözlem verisine karşı sıkı bir şekilde test etmek. Ön görülüm umut verici ve özellikle Hubble gerilimi hakkında ne söyleyeceğine özel olarak meraklıyız," dedi Prof. Dr. Özgür Akarsu.