James Webb Uzay Teleskobu, alternatif kütleçekim teorisine dair kanıt buldu

 (thedebrief.org)
4 puan yazan GN⁺ 2024-11-17 | 1 yorum | WhatsApp'ta paylaş
  • JWST'nin kadim galaksi gözlemleri, erken evrende galaksilerin beklenenden daha hızlı oluşmuş olabileceği ihtimalini güçlendiriyor ve standart Lambda-CDM açıklamasıyla MOND öngörülerinin yeniden karşılaştırılmasına yol açıyor
  • Standart karanlık madde modeli, erken galaksilerin küçük ve sönük başlayıp yavaşça büyüdüğünü varsayarken, gözlemlenen galaksiler parlak, büyük ve yeterince oluşmuş bir biçime daha yakın görünüyor
  • Case Western Reserve University'den Stacy McGaugh ve meslektaşları, 1998'de karanlık madde olmadan da galaksilerin hızla oluşabileceğini öngörmüştü; bu kez JWST verilerinin bu öngörüye daha yakın olduğunu düşünüyorlar
  • MOND, galaksi dönüş eğrilerindeki tutarsızlığı açıklamak için Newton'un ikinci yasasını değiştiren bir teori, ancak Einstein'ın genel görelilik kuramıyla uyumlu tamamlanmış bir çerçevesi hâlâ yok
  • Lambda-CDM, evrenin genişleme hızını ve neredeyse düz uzay yapısını açıklayan yaygın biçimde desteklenen bir model; bazı modern astronomik ölçümler de hâlâ karanlık madde hipotezini destekliyor

JWST gözlemlerinin sarstığı erken galaksi oluşumu senaryosu

  • James Webb Space Telescope, evrenin en uzak bölgelerini gözlemleyerek geçmişteki kadim galaksileri inceliyor
  • Case Western Reserve University araştırmacıları, JWST'nin topladığı kadim galaksi taramalarının yaygın kabul gören Cold Dark Matter teorisi Lambda-CDM'nin öngörüleriyle çeliştiğini düşünüyor
  • Gözlem değerleri, alternatif bir kütleçekim teorisi olan Modified Newtonian Dynamics(MOND) açıklamasıyla daha uyumlu bir örnek olarak yorumlanıyor
  • Eğer bu sonuç doğruysa, astronomlar ve kozmologlar uzun süredir tartışmalı olan MOND'u yeniden gözden geçirmek zorunda kalabilir

Lambda-CDM'nin beklediği yavaş büyüme

  • Lambda-CDM modeli, karanlık maddenin evrenin yapısını açıklamak için gerekli olduğunu kabul eder
  • Bu modelde karanlık maddenin kütleçekim etkisi, galaksilerin ve büyük ölçekli yapıların oluşumunu yönlendirir
  • Erken evrendeki kadim galaksiler, kozmik zaman boyunca karanlık madde tarafından kademeli olarak bir araya getirildiği için küçük ve sönük olmalıdır
  • McGaugh'ya göre Lambda-CDM doğruysa, karanlık maddenin ek kütleçekimi erken galaksilerin çevresindeki küçük madde parçalarını merkeze doğru yavaşça çekmelidir
  • Ancak JWST'nin daha uzak geçmişte gözlemlediği galaksiler parlak, büyük ve yeterince oluşmuş biçimde görünüyor

MOND'un açıkladığı hızlı yapı oluşumu

  • MOND, ilk olarak 1983'te İsrailli fizikçi Mordehai Milgrom tarafından önerilen bir teoridir
  • Bu teori, karanlık maddeyi işin içine katmadan galaksi dönüş eğrilerindeki uyumsuzluğu açıklamak için Newton'un ikinci yasasını değiştirir
  • MOND'un bu değişikliği, JWST'nin gözlemlediği evrenin dış bölgeleri gibi ivmenin çok küçük olduğu alanlarda önem kazanır
  • McGaugh, 1998'de Federico Lelli, Jay Franck ve James Schombert ile birlikte galaksi oluşumunun daha hızlı gerçekleştiğini ve karanlık maddeye dayanmadığını savunan bir makaleyi birlikte kaleme aldı
  • Bu hipoteze göre galaktik madde hızla toplanır, evrenle birlikte genişler ve ardından kütleçekim altında çökerek büyük ve parlak yapıları erkenden oluşturur

JWST verileri ile mevcut öngörülerin karşılaştırılması

  • McGaugh ve meslektaşları, JWST verilerinin Lambda-CDM modelinden çok MOND savunucularının öngörülerine daha yakın olduğunu düşünüyor
  • Örnek olarak McGaugh, R H Sanders'ın MOND tabanlı öngörüsünün, Lambda-CDM savunucuları Mo, Mao ve White'ın öngörüsüne kıyasla gözlemlerle daha doğru örtüştüğünü söylüyor
  • Bir modelle uyuşmayan bir olgu, o modelin hemen terk edilmesi gerektiği anlamına gelmez; ancak gözlem verilerini yeterince açıklayamazsa teorik çerçeve zayıflayabilir
  • Bazı modern astronomik ölçümler hâlâ karanlık madde hipotezini destekliyor

Lambda-CDM'nin hâlâ gördüğü destek

  • MOND bazı JWST gözlemlerini iyi açıklıyor gibi görünse de Lambda-CDM hâlâ geniş destek görüyor
  • Lambda-CDM, 1920'lerden bu yana evrenin genişleme hızını doğru biçimde öngörüyor
  • Evrenin genişlemeyi sürdürmesini sağlayan kozmolojik sabit için kanıtlar da Lambda-CDM çerçevesine dahil ediliyor
  • Evren, Lambda-CDM'nin gerektirdiği gibi neredeyse düzdür, ancak küçük sapmalar ek araştırma gerektiren bir alan olarak kalmaktadır
  • Daha geniş astrofizik topluluğu, Lambda-CDM'nin pek çok sınamadan geçtiğini ve evreni anlamak için tutarlı bir çerçeve sunduğunu düşünüyor

Kalan görevler ve makale

  • McGaugh, hem genel görelilik hem de MOND ile uyumlu bir teori bulma görevinin henüz gerçekleşmediğini kabul ediyor
  • JWST'nin gösterdiği sonuçlar, yakın evrendeki büyük galaksilerin çok küçük parçalardan başlamış olması gerektiği beklentisiyle uyuşmuyor
  • McGaugh, bilimsel yöntemin özünün öngörüler üretmek ve hangi öngörünün doğru çıktığını kontrol etmek olduğunu söylüyor
  • İlgili makale Accelerated Structure Formation: The Early Emergence of Massive Galaxies and Clusters of Galaxies, 12 Kasım 2024'te The Astrophysical Journal'da yayımlandı

İlgili okumalar

1 yorum

 
GN⁺ 2024-11-17
Hacker News yorumları

  • Bu yazının en iyi ihtimalle bile yanıltıcı olduğunu düşünüyorum. “JWST’nin topladığı antik galaksi taramalarının, en yaygın kabul gören ΛCDM’nin öngörüleriyle çelişiyor gibi görünmesi” türünden bir iddia var; oysa ΛCDM galaksilerin nasıl görünmesi gerektiğini öngörmez, çökmüş yapıların içinde ne kadar kütle bulunduğunu ve karanlık madde halelerinin hiyerarşik olarak büyüdüğünü öngörür.
    Buna karşılık JWST ile ışığa bakıp sistemin gerçek fiziksel özelliklerini çıkarsamak zorundasınız. Daha çok erken dönemde bile teorik üst sınırın — yani çökmüş bir yapıdaki tüm gazın yıldıza dönüştüğü varsayılırsa — JWST gözlemlerinden birkaç mertebe daha yüksek bir ışınım gücü fonksiyonu verdiğini gösteren sonuçlar vardı: https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2023MNRAS.521..497M/abstra...
    Bu yüzden ΛCDM içinde de erken dönemde parlak, büyük görünen ve yüksek kütleli galaksilerin var olması için yeterince alan var. Bence mevcut erken evren JWST verileri tek başına, seçilen galaksi oluşum modeline fazlasıyla duyarlı olduğu için ΛCDM’yi ikna edici biçimde desteklemek ya da çürütmek zor.

    • “Seçilen galaksi oluşum modeline fazlasıyla duyarlı olduğu için ΛCDM’yi ikna edici biçimde desteklemek ya da çürütmek zor” şeklindeki açıklama, Webb’den önce ΛCDM’nin tanıtılma biçimi hiç değildi. O zamanlar iyi değerlendirilen bir teoriydi ve Higgs’in saptanmasına benzer şekilde yeni verilerin sınırları daha iyi kısıtlayıp bir sonraki aşamaya geçirmesi bekleniyordu.
      Ama gerçekte durum neredeyse bir karmaşaya dönüştü; beklenen şeyler görülmedi ve şimdi “yine de ΛCDM’nin kesin olarak yanlış olduğu kanıtlanmadı, değil mi?” noktasına geri çekiliyormuş gibi geliyor. Bu ΛCDM’nin yanlış olduğu ya da MOND’un doğru olduğu anlamına gelmiyor, ama kesinlikle Kuhncu bir paradigma değişimi anı; bu yüzden daha geniş fikirlerin ciddiyetle ele alınması gerektiğini düşünüyorum.
    • JWST’nin sadece ışığa bakmasını sorun etmek tuhaf. Karanlık madde teorisi bütünüyle ışık yayan nesneler temel alınarak kuruldu; JWST’nin yöntemiyle başka yöntemler arasında böyle bir karşıtlık yok.
      JWST’yi yalnızca ışığı görebiliyor diye küçümsemek, Galileo’yu yalnızca teleskop yapabildi diye küçümsemeye benziyor. İncelenen nesneye ışınlanıp daha fazla bilgi alabilsek güzel olurdu, ama gerçekte gerçekliğin kurallarına uymak zorundayız. Ayrıca “galaksi oluşum modeline duyarlı” argümanı arabayı atın önüne koymak gibi olduğu için bence geçerli değil.

  • MOND’da beni sürekli takıldığım nokta genel görelilik. Kütleçekimin Newtoncu olmadığını ve ters kare yasasının aynen geçerli olmadığını biliyoruz. Ters kare yasasına dayalı bir kütleçekim modeli basitçe yanlış bir modeldir.
    Başka bir yorumdaki https://tritonstation.com/new-blog-page/ harika bir yazı ve genel göreliliğin düşük ivme bölgesinde hiç test edilmediğini, yanlış olabileceğini savunuyor. Ama MOND’un yüksek ivmelerde yanlış olduğunu da biliyoruz. İki tarafı da kapsayamıyorsa GR’nin iyileştirmesi olarak görmek zor. İfadem biraz sert gelebilir ama değiştirilmiş kütleçekim araştırmalarının yeterince değerli olduğunu düşünüyorum; sadece her derde deva değil.

    • MOND, GR’nin bir iyileştirmesi olarak ortaya atılmadı. Adından da anlaşılacağı gibi başlangıçta bir Newton mekaniği teorisiydi.
      MOND’un TeVeS gibi görelilikçi sürümleri de var https://en.m.wikipedia.org/wiki/Tensor%E2%80%93vector%E2%80%..., ama hâlâ çeşitli sorunları bulunuyor.
    • Genel görelilik de uç koşullarda kuantum mekaniği ile uyuşmuyor; dolayısıyla kuantum mekaniği yanlış değilse GR’nin de fiilen yanlış kalan yönleri var. Bu yüzden GR’yi kutsal metin gibi kabul etmek uygun olmayabilir.
      Özellikle MOND’un GR’yi değiştirdiği yer de yalnızca uç koşullar gibi görünüyor; “uyuşmuyor” demek aslında matematiğin zor olduğu ve fizikçilerin henüz yeterince çalışmadığı anlamına da gelebilir. MOND tarzında değiştirilmiş GR’yi kabul etmek GPS’in çalışma biçimini muhtemelen değiştirmeyecektir; bu nedenle sadece “GR zamanın ve mühendisliğin testinden geçti” demek MOND’u tamamen çürütmeye yetmez bence.
    • Kütleçekimin Newtoncu olmadığı ve ters kare yasasının geçerli olmadığı iddiası için dayanak gerekir. Aşırı kütle-enerji ortamlarının dışında kütleçekimin çok sayıda basamağa kadar Newton’un tarif ettiği gibi işlediği neredeyse ortak kabuldür.
      Bu, genel göreliliğin yanlış olduğu anlamına gelmez; galaksi ölçeğinde kütleçekimin Newtoncu davrandığı ve GR etkilerinin son derece küçük olduğu anlamına gelir.
    • Fizikçi değilim ama aynı hatayı çeşitli yerlerde görüyorum. Kabuk teoremi diskler ya da galaksiler için geçerli değildir.
      İleri düzey yazılarda bile yarıçapın içindeki maddeyi merkezdeki noktasal kütle gibi ele alma ve yarıçapın dışındaki kütlenin kütleçekimini birbirini götürdüğü varsayımıyla yok sayma basitleştirmesi tekrarlanıyor. Bu basitleştirme düzgün yoğunluklu küresel kabuklar ya da küresel katılar için işe yarar; ama diskler veya halkalar, yani galaksiler için geçerli değildir.
    • MOND’un düşük enerjide MOND dinamiklerine indirgenen görelilikçi genellemeleri mevcut. Ancak bu alanın uzmanı olmamakla birlikte, bu teorilerin geçici çözümlere yakın olduğunu ve hesaplanabilirliklerinin düşük olduğu için ciddiye alınmadığını anlıyorum.
      MOND’daki “asıl iş” çoğunlukla klasik biçimiyle yapılıyor gibi ve bu epey ağır bir hile gibi görünüyor. Büyük bir teoriyi tek bir varsayım üzerine kurabilirsiniz, ama o varsayımı kanıtlamak için çaba göstermeniz gerekir.

  • “Şaşırtıcı kanıt” denmiş, ama sonra “gözlemlerin MOND’un temelini destekler gibi göründüğü ve bunun astronomlar ile kozmologların bu uzun süredir tartışmalı alternatif kütleçekim teorisini yeniden değerlendirmesine yol açabileceği” diye koşullu konuşuluyor. Koşullu kanıt nedir bilmiyorum; büyük resmi kaçırıyor olabilirim ama bu tür yazım en iyi ihtimalle bile özensiz.

    • Tipik popüler bilim gazeteciliği ve tık almaya yönelik bir başlık. Makaleyi okumak daha iyi.
    • O kanıtın matematiksel ve deneyimsel olarak doğrulanması gerekir; ayrıca şu anda ana akım dışı olan teorinin hâkim teoriden daha iyi uyduğunu düşündürebilecek türden bir şeydir.
      Fizikte çok fazla bilinmeyen var; bu yüzden karşı taraf kolayca “senin teorin de henüz XYZ’yi açıklayamıyor, o halde bizim teoriyi biraz düzeltmek büyük olasılıkla yeterli olur” diyebilir. Bir amatör olarak anladığım kadarıyla, makul insanlar arasında bile görüş ayrılığı yaratabilecek bir mesele.
    • Henüz ne bir uzlaşı var ne de tekrarlanabilir bir gösterge. “Şu tarafı biraz daha inceleyelim” demek gayet makul.

  • Bu tür sansasyonel başlıklı yazıların neden paylaşıldığını anlamıyorum. Bilim gazeteciliğinin itibarının kötüleşmesi şaşırtıcı değil. Bu tür yazılar, bilimi düzgün aktarmaya çalışan insanların çabalarını ciddi biçimde undermines ediyor.

    • Bu yazı ve HN tartışması olmasaydı MOND'dan haberim olmayacaktı; en azından ilginç bir teori.
    • Makalenin yazarından dağıtım kanallarına kadar her aşamadaki teşvikler bunu yapmaya itiyor ve para, görüntülenme, etki, kötü şöhret, puan ve ilgiyle ödüllendiriyor. Bunu durdurmak için teşvikleri ortadan kaldırmak gerekiyor.

  • Baş yazar Stacy McGaugh'ı blogundan takip ediyorum; karanlık madde ile MOND tartışmasına dair güncel araştırmaları ve düşüncelerini paylaşıyor: https://tritonstation.com/new-blog-page/
    Argümanları oldukça ikna edici ve nispeten açık. Astrofizikçi değilim ama iki fizik diplomam var; karanlık madde teorisinin hep eksik kaldığını düşünmüşümdür. Nedenselliğe dair hiçbir kanıt yokken karanlık madde, ancak “kütleçekim teorisini anlamlı kılmak için maddeyi nereye koymak istersek oraya koyabileceğimiz madde” diye tarif edilebilir; bu da temel bilimsel bakış açısından tamamen ters bir yaklaşım. Gözlem araçlarının hassasiyeti arttıkça, modern MOND varsayımlarına dayalı tahminler giderek daha doğru görünüyor.

    • Teori ile gözlem uyuşmadığında, teorinin mi düzeltilmesi gerektiği yoksa gözlemde bir şeyi mi kaçırdığımız önceden belli değildir. 19. yüzyılda Uranüs'ün yörüngesi Newton teorisinin tahminleriyle uyuşmuyordu; Newton teorisinin doğru olduğu ve gözlemde bir şeyi kaçırdığımız varsayımıyla yapılan hesaplar Neptune'ün konumunu öngördü ve gezegen gerçekten keşfedildi.
      Buna karşılık Mercury'nin yörüngesi de Newton teorisinin tahminlerinden sapıyordu; bu durumda Güneş'e yakın, henüz gözlemlenmemiş bir gezegen olduğu hipotezi ortaya atıldı, fakat gerçek çözüm kütleçekim teorisinin değiştirilmesi, yani genel görelilikti. GR, Mercury'nin yörüngesinin Newton tahmininden sapmasına karşılık gelen yüzyıl başına 43 yay saniyelik günberi devinimini doğru biçimde öngördü; ışığın kütleçekimsel bükülmesi, kara delikler ve kütleçekim dalgaları gibi tahminleri de doğrulandı. Dolayısıyla teori ile gözlem arasında bir uyuşmazlık olduğu açık, ama çözümün teoriyi değiştirmek mi yoksa yeni bir madde biçimi mi olduğu önceden bilinemez; ikincisini hipotez olarak kurup nereye kadar gittiğine bakmak bilim dışı değildir. Zor olan, GR'nin başarılı tahminlerini korurken galaksi dönüş eğrilerini de açıklayan teorik bir çerçeve kurmaktır.
    • Karanlık madde, baryonik maddeden temelden farklı davranır. Evrendeki toplam madde miktarı, yani karanlık madde ile baryonik maddenin toplamı, gözlemlenen baryon oluşum bolluklarıyla sınırlandırılabilir; karanlık madde ayrıca kozmik mikrodalga arka planındaki tepe noktalarının göreli genliklerini de farklı etkiler.
      Görünüşe göre MOND, galaksi dönüş eğrilerini modellemenin dışında pek başarılı olmuş değil. Karanlık maddeye karşı MOND konusundaki şüphecilik bana hep tuhaf geliyor. Karanlık madde, Standart Model'e yeni bir parçacık eklemek kadar bir şey olduğundan çok fazla yeni fizik gerektirmez; oysa MOND teorilerinin çoğu Lorentz değişmezliğini bozar ve bu, standart fizikten çok daha radikal bir sapmadır. TeVeS gibi Lorentz değişmezliğini koruyan daha sofistike MOND teorileri ise fiilen MOND diliyle paketlenmiş karanlık madde teorileri gibi görünüyor.
    • Bu yaklaşımın mutlaka haksız olduğunu düşünmüyorum. Gezegen arama yöntemi tam da böyledir. Bir gezegenin ya da yıldızın hareketinde beklenmeyen bir fark vardır; orada bir gezegen varsa bu açıklanır. Sonra gerçekten bakıldığında orada gezegen olduğu görülür.
    • Genelde “karanlık madde”yi, teori ile gözlem arasındaki uyuşmazlığa işaret eden bir kısaltma olarak anlıyorum. Açıklama gerçekten karanlık bir madde olabilir ya da tamamen beklenmedik bir gözlem veya teorik değişiklikle çözülebilir.

  • Bilim muhabirlerinin MOND'u, düşük eğrilik sınırında MOND'un ortaya çıktığı tüm teorilerin temsilcisi gibi kullanmamasını isterdim. MOND'un kendisi kovaryant değildir ve iyi bilinen çok sayıda sorunu vardır; bu yüzden başlangıç noktası olarak açıkça uygunsuzdur.
    Genel görelilik ailesindeki daha sofistike teoriler, MOND benzeri davranışı yeniden üretirken daha iyi çalışır ve daha makuldür. En azından gereksiz MOND tartışmalarından kaçınmak için MOND yerine modifiye kütleçekim ya da MOG terimleri kullanılmalı.

  • MOND'un tam olarak ne anlama geldiğini merak ediyorsanız Wikipedia maddesi var: https://en.wikipedia.org/wiki/Modified_Newtonian_dynamics

  • Sean Carroll'ın MOND hakkında yazdığı yazı burada: https://www.preposterousuniverse.com/blog/2011/02/26/dark-ma...
    Bu taraftaki açıklama bana daha ikna edici geliyor.

  • Angela Collier'ın bu konuda bir video hazırlamasını bekliyorum. Muhtemelen birçok kişi bu yazıyı ona gönderecektir. MOND, tanıtımının aksine kozmolojide aslında niş bir alan.

  • MOND'un kuantize edilmiş bir sürümü olup olmadığını merak ediyorum. Artan ivme, kütleçekimin kuantize birimlerinin normalde “kütleçekim kuantumundan” daha küçük bir kuvvet üretmesi gereken mesafelerde de kuvvet uygulamasından mı kaynaklanıyor, yoksa çok büyük mesafelerde kuantizasyonun taban yerine tavan oluşturması gibi bir şey mi, bilmiyorum.
    Kütleçekim, foton gibi bir parçacığa ya da temel bir kuantizasyona sahipse ve çok büyük ya da “sonsuz” mesafelerde bile temelde etkili oluyorsa, bir kuantizasyon tabanı ya da kuantizasyon bandı gibi bir şeyin olma ihtimalinin daha makul olup olmadığını merak ediyorum. Yoksa kütleçekimin kuantizasyonunun kütleçekimsel çekimin etki mesafesine bir sınır koyduğu mu düşünülüyor, ya da kuantum kütleçekimde cisimler arasında etkileşen “graviton” oranının azalması olarak mı görülüyor, onu da merak ediyorum. Bunu konuya hâkim olmadan soruyorum; MOND ya da ΛCDM gibi teorilerde gravitonun ne anlama geldiğini merak ediyorum.