Geri Dön

Analysis of promising cosmologies in addressing cosmological tensions

Kozmolojik gerilimlerin çözümlenmesinde umut vadeden kozmolojilerin analizi

PDF İndir

  1. Tez No: 1024440
  2. Yazar: MİNE GÖKÇEN
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ÖZGÜR AKARSU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2026
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Fizik Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.

Özet

Kozmolojinin uyum modeli olan $\Lambda$CDM, son on yılda ortaya çıkan kozmolojik gerilimler nedeniyle giderek daha sıkı biçimde sınanmaktadır. Evren'de gözlenen ivmeli genişlemenin bilinmeyen kaynağı olan karanlık enerjinin doğasına ilişkin çalışmalar da, bu gerilimlere olası çözüm yolları sunabilmeleri nedeniyle yeni bir önem kazanmıştır. Özellikle son gözlemsel sonuçlar, standart $\Lambda$CDM modelinin kozmolojik sabit bileşeni olan ``$\Lambda$'' varsayımını doğrudan sorgulayan dinamik karanlık enerji senaryolarını öne çıkarmıştır. Bu tez, geçmişte negatif, günümüzde pozitif enerji yoğunluğuna sahip olabilen ve dinamik bir durum denklemi parametrizasyonu ile tanımlanan iki yeni karanlık enerji fenomenolojisinin önerilmesini, gözlemsel olarak sınanmasını ve referans modellerle karşılaştırmalı istatistiksel değerlendirmesini sunmaktadır. Ayrıca elde edilen sonuçların gelecekteki karanlık enerji modellemeleri açısından işaret ettiği yönler tartışılmaktadır. Bu bağlamda geç-zaman karanlık enerji modelleri özellikle önemlidir. Çünkü kozmik mikrodalga arka planı (CMB) gözlemleri erken Evren'e ait fiziksel ölçekleri çok hassas biçimde belirlerken, baryon akustik salınımı (BAO) ve Tip Ia süpernova (SNeIa) gözlemleri bu ölçeklerin geç Evren'deki mesafe ve genişleme hızı ölçümleriyle nasıl ilişkilendiğini sınar. Dolayısıyla karanlık enerjinin zamana bağlı davranışı yalnızca ivmeli genişlemeyi açıklamakla kalmaz, aynı zamanda $H_0$ gerilimi ile dinamik karanlık enerji tercihinin aynı genişleme geçmişi içinde birlikte yorumlanıp yorumlanamayacağını test etmek için de doğal bir zemin sağlar. İstatistiksel olarak kozmolojik gerilim, aynı parametreye ilişkin bağımsız ölçümlerin, raporlanan belirsizlikler dikkate alındığında, genellikle üç Gaussyen standart sapmadan daha büyük bir düzeyde uyumsuz sonuçlar vermesi olarak tanımlanır. Bu uyumsuzluk beş Gaussyen standart sapma düzeyine ulaştığında, olası sistematik hatalar veya kullanılan teorik modelin eksiklikleri ciddi biçimde sorgulanmalı ve gözlemleri daha iyi açıklayabilecek alternatif modeller araştırılmalıdır. Günümüz kozmolojisinde $H_0$ gerilimi, geç-evren gözlemlerinden doğrudan elde edilen Hubble sabiti değerleri ile erken-evren gözlemlerinden $\Lambda$CDM modeli varsayımı altında çıkarılan değerler arasındaki uyumsuzluğa karşılık gelir. Evren'in bugünkü genişleme hızını ölçen Hubble sabiti $H_0$ gerilimi son çalışmalara göre $7.1\sigma$ düzeyine ulaşmıştır. Geç-evren dinamiğini birinci dereceden etkileyen karanlık enerjinin kozmolojik sabitten sapabileceğine ilişkin istatistiksel tercih de en güncel DESI DR2 baryon akustik salınımı ölçümleri sonrasında $3\sigma$ düzeyinin üzerine çıkarak başlıca kozmolojik gerilimler arasında yerini almıştır. Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) DR2 kapsamında yayımlanan BAO ölçümleri, CMB ve SNeIa verileriyle birleştirildiğinde, Chevallier--Polarski--Linder (CPL) parametrizasyonlu durum denklemi ile tanımlanan dinamik karanlık enerji lehine $3.2\sigma$--$3.4\sigma$ düzeyinde bir istatistiksel tercih göstermektedir. CPL parametrizasyonu, karanlık enerji durum denklemi için fenomenolojik bir yeniden yapılandırma ansatzı olmakla birlikte, aksiyon düzeyinde türetilen birçok kuramsal karanlık enerji modelinin enerji yoğunluğu evrimini yaklaşık olarak tanımlayabildiği için yaygın bir referans model haline gelmiştir. Bu yeniden yapılandırmalarda ortaya çıkan dikkat çekici davranış, erken zamanlarda fantom-benzeri bir rejimden geç zamanlarda quintessence-benzeri bir rejime geçiştir. Böyle bir geçişin tutarlı bir kuramsal model içinde gerçekleştirilmesi son derece güçtür. Karanlık enerji yoğunluğunun pozitif tanımlı olduğu varsayımında bu geçiş genellikle $w_{\rm DE}(a)=-1$ noktasındaki fantom ayrım çizgisinin (phantom divide line, PDL) aşılması olarak yorumlanır. Ancak karanlık enerji yoğunluğunun negatif değerler almasına izin verildiğinde, $w_{\rm DE}(a)=-1$ anlamındaki PDL evrensel bir ayırıcı olma özelliğini kaybeder. Bu durumda fiziksel açıdan daha anlamlı ölçüt, karanlık enerjinin null enerji koşulu sınırı (null energy condition boundary, NECB), yani $\rho_{\rm DE}+p_{\rm DE}=0$ koşuludur. Genel olarak kozmolojide enerji koşullarının ihlali, ciddi bir kuramsal altyapı problemine veya dikkatle incelenmesi gereken bir anomaliye işaret eder. Bu nedenle null enerji koşulunu ihlal eden karanlık enerji senaryoları patolojik olma riski taşıyabilir. Bu ayrım yalnızca terminolojik değil, aynı zamanda model inşası açısından da belirleyicidir. Pozitif enerji yoğunluğu varsayımı altında fantom-benzeri ve quintessence-benzeri bölgeler doğrudan $w_{\rm DE}$ değerine göre sınıflandırılabilirken, işaret değiştiren yoğunluklarda aynı sınıflandırma $\rho_{\rm DE}$ işaretine bağlı olarak tersine dönebilir. Bu nedenle bu tez boyunca karanlık enerji rejimleri yalnızca durum denklemi parametresiyle değil, enerji yoğunluğu ve basınç kombinasyonu üzerinden de yorumlanmaktadır. Bu tezde, CPL yeniden yapılandırmalarında verilerin işaret ettiği NECB geçişi tercihinin, fantom-benzeri davranışın alternatif gerçekleştirimlerine izin verildiğinde devam edip etmediği test edilmektedir. Özellikle, karanlık enerjinin kendi içinde null enerji koşulunu ihlal etmediği, ancak enerji yoğunluğunun geçmişte işaret değiştirerek negatif değerlere ulaşabildiği senaryolar incelenmektedir. Bu amaçla, geçmişte negatif karanlık enerji evresi içeren ve CPL çerçevesinin kontrollü fenomenolojik genişletmeleri olan iki model tanıtılmakta ve gözlemsel verilerle kısıtlanmaktadır. CPL$\to-\Lambda$ modelinde işaret değişiminin gerçekleştiği dönem, CPL parametrizasyonundan çıkarılan NECB geçiş ölçek faktörüne bağlanır; böylece erken zamanlarda negatif bir kozmolojik sabit evresi elde edilirken geçiş sonrasındaki evrim CPL dalını takip eder. sCPL modelinde ise CPL durum denklemi tüm zamanlarda korunur, fakat enerji yoğunluğundaki işaret değişimi bağımsız bir geçiş kırmızıya kaymasıyla tanımlanır. Gözlemsel sınamalar, erken-evren bilgisini taşıyan CMB verileri ile geç-zaman genişleme geçmişine duyarlı DESI DR2 BAO ve üç farklı SNeIa derlemesini içeren veri kombinasyonları kullanılarak gerçekleştirilmiştir. Parametre çıkarımları Markov zinciri Monte Carlo (MCMC) örneklemesiyle yapılmış; modellerin göreli başarısı ise hem en iyi uyum kalitesini ve parametre sayısını dikkate alan Akaike bilgi kriteri hem de Bayesçi kanıt ve Bayes faktörleri aracılığıyla değerlendirilmiştir. Böylece modeller yalnızca belirli parametre değerlerini üretme kapasiteleri bakımından değil, aynı zamanda referans CPL modeline göre istatistiksel olarak ne ölçüde tercih edildikleri bakımından da karşılaştırılmıştır. Sonuçlar, geç-zaman BAO ve SNeIa verilerinin negatif yoğunluk evresini kendi etkin kırmızıya kayma kapsamlarının ötesine ittiğini ve çıkarılan parametre davranışının başlıca belirleyicisinin bu gereklilik olduğunu göstermektedir. CPL$\to-\Lambda$ modelinde negatif evreye geçişin gerçekleştiği kırmızıya kayma değeri enerji yoğunluğu evrimini doğrudan belirlediğinden, geçmişteki negatif enerji evresi ile dinamik evrimin gözlemsel uyum açısından rekabet halinde olduğu görülmektedir. sCPL modelinde ise geçiş kırmızıya kaymasının fazladan bir serbest parametre ile tanımlanması, dinamik evre ile negatif yoğunluk evresinin gözlemsel olarak daha bağımsız biçimde sınırlandırılmasına olanak vermektedir. Her iki model de referans CPL modeline kıyasla istatistiksel olarak daha az tercih edilse de, negatif bir karanlık enerji evresine izin verilmesi genel olarak kozmolojik sabitten sapmanın anlamlılığını azaltmaktadır. Bu sonuçlar, CPL analizlerinde ortaya çıkan karanlık enerjinin kendi içinde null enerji koşulunu ihlal ettiği yönündeki işaretin, alternatif modellerle karşılaştırılarak incelenmeye devam edilmesi gerektiğini göstermektedir. Ayrıca geçmişteki negatif enerji evresinin daha az dinamik bir karanlık enerji evrimine yer açabilmesi, gelecekteki model geliştirme çalışmalarında dikkate alınması gereken bir özellik olarak öne çıkmaktadır. Bu bulgular, negatif enerji yoğunluğu fikrinin tamamen dışlanmadığını, ancak mevcut BAO ve SNeIa verilerinin bu fazın geç-zaman gözlemsel aralığında etkin olmasına izin vermediğini göstermektedir. Dolayısıyla gelecek çalışmalar açısından kritik soru, negatif yoğunluk veya işaret değişimi içeren senaryoların daha yumuşak geçişlerle, daha genel durum denklemi parametrizasyonlarıyla ya da pertürbasyon düzeyinde daha ayrıntılı kuramsal tamamlamalarla gözlemsel olarak daha başarılı hale gelip gelemeyeceğidir. Genel olarak bu tez, yerleşik bir standart modelin gözlemsel gerilimlerle giderek daha fazla zorlanması durumunda bilimsel bir paradigmanın nasıl evrilebileceğini örneklemektedir. İlk olarak mevcut modellerin eksiklikleri belirlenmekte ve gerilimleri artıran ya da hafifleten özellikleri ortaya konmaktadır. Bu çıkarımlardan hareketle, literatürde umut vadeden aday modellerden esinlenen yeni fenomenolojik modeller inşa edilmektedir. Ardından bu modeller gözlemsel verilerle karşılaştırılmakta ve referans senaryolara göre istatistiksel performansları değerlendirilmektedir. Önerilen modellerden herhangi biri lehine belirleyici bir istatistiksel kanıt bulunmadığında, performans iyileşmesini sağlayan özellikler tespit edilmekte ve bu bilgiler sonraki model geliştirme çalışmalarına yön vermek için kullanılmaktadır. Bu süreç, altında yatan fiziğe ilişkin giderek daha rafine bir anlayışla tekrarlanarak ilerletilmektedir.

Özet (Çeviri)

The concordance model of cosmology, $\Lambda$CDM, has been subjected to increasingly rigorous scrutiny following the emergence of cosmological tensions over the past decade. Simultaneously, studies exploring the nature of dark energy, the unknown driver of the accelerated expansion of the Universe, have gained renewed importance because of their potential relevance to cosmological tensions. Recent observational results have also brought renewed attention to the ``$\Lambda$'' pillar of the standard $\Lambda$CDM model, giving new urgency to dark energy studies. Latest DESI DR2 baryon acoustic oscillations (BAO) measurements, when combined with cosmic microwave background (CMB) and Type Ia supernovae (SNeIa) data, exhibit a $3.2\sigma$--$3.4\sigma$ preference for dynamical dark energy described by the Chevallier--Polarski--Linder (CPL)-parametrized equation of state. A particularly striking feature of these reconstructions is an apparent transition from an early-time phantom-like regime to a late-time quintessence-like behavior, whose theoretical realization is highly nontrivial. For positive-definite dark energy densities, this transition is often phrased as a crossing of the phantom divide line (PDL) at $w_{\rm DE}(a)=-1$. Allowing the dark energy density to become negative, however, renders the PDL (in the sense of $w_{\rm DE}(a)=-1$) non-diagnostic as a global separator: the physically meaningful criterion is instead the null energy condition boundary (NECB) for dark energy, $\rho_{\rm DE}+p_{\rm DE}=0$. We therefore test whether the data-driven preference for NECB-crossing in CPL reconstructions persists once alternative realizations of phantom behavior are admitted, specifically through sign-switching dark energy densities. To this end, we introduce and constrain two controlled phenomenological extensions of the CPL framework featuring a negative dark energy phase in the past. In the CPL$\to-\Lambda$ model, the switching epoch is tied to the CPL-inferred NECB-crossing scale factor, yielding an early-time negative cosmological-constant phase, while the post-switch evolution follows the CPL branch. In the sCPL model, the CPL equation of state is maintained at all times, while the sign switch in the energy density occurs at an independent transition redshift. We find that late-time BAO and SNeIa data drive the negative-density phase beyond their effective redshift coverage, and that this requirement is the primary driver of the inferred parameter behavior. While both models are statistically disfavored relative to the baseline CPL, admitting a negative dark energy phase generally reduces the significance of deviations from a cosmological constant. Overall, this thesis exemplifies the process by which a scientific paradigm may evolve when an established standard model becomes increasingly challenged by observational tensions. We first identify shortcomings of existing models and isolate the features that exacerbate or alleviate the tensions. Building on these insights, we construct novel phenomenological models inspired by promising contenders in the literature. We then confront these models with observational data and assess their statistical performance relative to reference scenarios. When no decisive statistical evidence favors a proposed model, we identify the features that lead to improved performance and use these insights to guide subsequent model development. This process can then be iterated with an increasingly refined understanding of the underlying physics.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    768646

    The qualitative meta-analysis of visual phonics: A Promising strategy to teach reading

    Görsel seslerin niteliksel meta analizi: Okumayı öğretmek için umut veren bir strateji

    AYŞE NUR KART

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    Eğitim ve ÖğretimThe Ohıo State Unıversıty

    DR. PETER V. PAUL

    DR. MOLLİE BLACKBURN

  2. Tez No

    795525

    A pragma-linguistic and socio-pragmatic analysis of Arab and Turkish EFL learners' performance in the area of advice and promising speech acts

    Yabancı dil olarak İngilizce öğrenen Arap ve Türk öğrenicilerinin tavsiye verme konuşma eylemleri alanındaki proformanslarının pragma-dilbilimsel ve sosyo-pragmatik analizi

    SAMIRA SHAKIR HAMMOODI

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2023

    Eğitim ve Öğretimİstanbul Aydın Üniversitesi

    İngiliz Dili ve Edebiyatı Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. VEYSEL KILIÇ

  3. Tez No

    457875

    Bazı ümitvar kestane kabağı (Cucurbita maxima Duch.) çeşit adaylarının meyve özellikleri ile verim değerlerinin stabilite analizi ile belirlenmesi

    Determination of fruit traits and yield values of some promising winter squash (Cucurbita maxima Duch.) variety candidates with stability analysis

    İSMAİL ASLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2017

    ZiraatOndokuz Mayıs Üniversitesi

    Bahçe Bitkileri Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. AHMET BALKAYA

  4. Tez No

    839046

    Comparative analysis of user-cell association methods formilimeter wave massive mimo by developing a system levelsimulator for hetnets

    Başlık çevirisi yok

    ŞİNASİ ÇETİNKAYA

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2017

    İletişim BilimleriUnıversıty Of Oklahoma

  5. Tez No

    720226

    Comparative analysis of transcriptome profiles during early leaf development in Iza (Triticum monococcum ssp monococcum) wheat

    Iza (Triticum monococcum ssp monococcum) buğdayının erken yaprak gelişim sürecindeki transkriptom profillerinin karşılaştırılmalı analizi

    YUNUS ŞAHİN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    BiyolojiBolu Abant İzzet Baysal Üniversitesi

    Biyoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NUSRET ZENCİRCİ

    DR. ÖĞR. ÜYESİ ERCAN SELÇUK ÜNLÜ

Geri Dön