Geri Dön

Early dark energy solutions for the Hubble tension

Hubble gerilimi için erken karanlık energy çözümleri

PDF İndir

  1. Tez No: 807511
  2. Yazar: MUSA ÇAĞATAY OKYAY
  3. Danışmanlar: PROF. DR. ABDURRAHMAN SAVAŞ ARAPOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Fizik ve Fizik Mühendisliği, Physics and Physics Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  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: 72

Özet

Yaklaşık 100 yıldır Amerikalı astronom Edwin Hubble ile başlayan genişleyen evren serüveninin arkasından birçok soru geldi. Günümüzde halen daha çözmeye çalıştığımız ancak yetersiz veri ve teoriye sahip olduğumuz problemlerden birisi de Hubble sabiti problemidir. Edwin Hubble 1929'da galaksilerin birbirinden uzaklaştığını ve bu uzaklaşmada mesafe ve hızlarının lineer olarak bağlı olduğunu gördü, v = H0d. H0 sabitinin adı Hubble sabitidir ve evrenin genişleme hızı ile ilgili bilgi verir. Evrenin genişlediği fikri bilim insanları tarafından benimsendikten sonra, H0 sabitinin kesin değerinin ne olduğu hakkında günümüze kadar birçok çalışma yapıldı. Bu çalışmalar sonucunda bu değerin yaklaşık 50-100 km/s/Mpc olduğu görüldü. Bugün bu çalışmalar 2 farklı yöntem içermektedir. Bunlardan birisi elimizdeki standart kozmolojik modeli kullanarak yapılan hesaplamadır. Bu direkt elde edilen bir sonuç değildir, eğer teoride bir hata veya eksik varsa bu sonucun yanlış olabileceği anlamına gelir. Bu yöntemde dikkat edilen temel unsurlardan birisi evreni oluşturan bileşenlerdir. Çünkü bu bileşenler evrenin genişleme hızını etkilemektedir. Radyasyonun hakim olduğu dönem ile maddenin hakim olduğu dönemin genişleme hızları birbirinden farklıdır. Bunlara günümüzde Einstein Denklemleri ile ulaşabiliyoruz. Diğer yöntem ise direkt gözlem yaparak ölçüm yapmaktır. Burada basit temel bir hesaplama ile direkt Hubble sabiti elde edilebilir. Burada önemli olan gözlem yapmak için sürekli bir belirginliğe sahip bir gök cisminden yararlanmaktır. Örneğin Cepheid yıldızları bu kategoridedir. Yüksek miktarda parlaklığa çıkıp sönen bu yıldızları gözlemlemek oldukça kolay olur. Standart ΛCDM Modeli'nin yardımıyla erken evren hakkında bilgi edindiğimiz Kozmik Arkaplan Işıması (CMB), bize dolaylı olarak Hubble sabiti değerini vermektedir. CMB'den yapılan ölçümler, yaklaşık olarak 67.36 ± 0.54 km/s/Mpc [5] değerini verir. Ancak direkt yapılan gözlemler sonucu SH0ES ekibinin yakın galaksilerin gözlemlerinden elde ettiği Hubble sabiti değeri ise yaklaşık olarak 73.04±1.04 km/s/MPc [6] değeridir. Bu iki farklı değer evrenin genişleme hızı hakkında büyük bir farklılık ortaya koymaktadır. Bu çalışmaların yanında bir diğer önemli makale de Freedman ve ekibinden geldi. 2021 yılında yaptıkları çalışmada kırmızı dev sınıfını (TRGB) inceleyerek 69.8 ± 0.6stat ± 1.6sys km/s/Mpc değerini elde ettiler ve uyuşmazlık 1.3σ'ya geriledi. Ancak TRGB yöntemi henüz daha tamamlanmamış bir modeldir. Biz Planck ve SH0ES ekiplerinin sonuçları ile çalışmaya devam edeceğiz. Bu büyük farklılık günümüzde“Hubble gerilimi”adıyla kozmolojideki en güncel sorunlardan birisi olarak karşımıza çıkmaktadır. Burada problemin kaynağı henüz bulunamamıştır. O yüzden kullandığımız standart kozmolojik modelimiz eksik veya yanlış olabilir. Bu da modeldeki eksiği bulmak için ya da yeni bir model oluşturmak için bir sebep olabilir. Ancak problem direkt yapılan ölçümlerden kaynaklı da olabilir. Bu da bizi gözlemdeki sistemsel hatalara götürür. Yapılan çalışmaları inceledikten sonra uğraştığımız bu problemin çözümü için standart modeldeki yanlış veya eksik üzerinden ilerlemeye yöneldik. ΛCDM modeline yeni bir bileşenin eklendiği Erken Karanlık Enerji modeli çözmek için bir alternatif olarak dikkatimizi çekti. Erken Karanlık Enerji modelini bir skaler alan olarak düşünebiliriz. Erken evrende modele dahil edip günümüzde etkileri görülmediği için bileşeni çok zaman geçmeden seyreltip etkilerini ortadan kaldırmamız gerekir. EDE bileşeni ses ufkunu azaltarak Hubble sabitinin değerinin artmasını sağlıyor. Direkt yapılan ölçümlerdeki değere bizi oldukça yaklaştıran bu alternatif çözüm modeli, teorik çözümler arasında bizi istediğimize ulaştırabilecek en uygun çözümlerden birisi gibi görülüyor. Bu tezde, kozmolojinin önde gelen sorunlarından birisi olan Hubble gerilimini çözmek için Erken Karanlık Enerji modellerini araştırdık. Planck ve mesafe merdiven yöntemleri tarafından sağlanan farklı çözümlerin bir sonucu olarak, Hubble gerilimini varlığını fark ettikten bu yana daha iyi anlayabiliyoruz. Çeşitli Erken Karanlık Enerji modellerinde Hubble sabiti için farklı değerler bulunur ve bunlardan birisi gerçek çözümü temsil edebilir. Bu alandaki perspektiflerin çeşitliliğini araştırmacılara göstermek istiyoruz. Tezin içeriğinde ilk olarak, ΛCDM modelini araştırdık. Bu bölüm bize standart kozmolojik modelimiz hakkında bilgi vermektedir. Uzay-zamanda iki nokta arasındaki mesafenin tanımlaması ve Einstein alan denklemleri sayesinde evrenin dinamiğini öğreneceğiz. Evrenin matematiksel altyapısını gördükten sonra bu altyapıda kullanacağımız verilerin geldiği Kozmik Arkaplan Işıması (CMB) hakkında bilgi edineceğiz. Daha sonra Hubble sabiti için direkt ve dolaylı olarak elde edilen yöntemleri inceledik. Bunlardan ilk olarak CMB verilerini standart modelde kullanarak Hubble sabiti çözen Planck 2018 çalışmasını ele aldık. Einstein Alan Denklemleri'nden elde edilen Hubble sabiti çözümüne madde ve karanlık enerjiyi ekleyerek bir çözüm elde ettiler. Bir diğer çalışma ise Riess'in mesafe merdiven yöntemidir. Burada SH0ES ekibi Cepheid yıldızlarının yardımıyla direkt mesafe ölçümleri yapabildiler. Cepheid yıldızları belirli periyotlarda parlaklığı en üst düzeye gelip daha sonra tekrar sönen yıldızlardır. Bu yüzden gözlemleri de kolay olur. Son çalışma ise TRGB yöntemidir. Burada Freenman ve ekibi kırmızı devlerden yararlanmıştır. Önümüzdeki dönemlerde JWST gözlemleri bu alandaki sonuçları daha faydalı kılabilir. Bu önemli sonuçları inceledikten sonra ortaya çıkan probleme yöneleceğiz. Planck ve SH0ES ekipleri tarafından elde edilen farklı Hubble sabiti H0 çözümlerinin bizi önemli bir sorunla karşı karşıya bıraktığını gördük. Bundan sonra bir çözüm arayışına girdik. Teorik modelimizde değişiklik yapılması gerektiğini düşünerek bu alandaki en gözde çözüm modeli üzerinde inceleme yaptık. Yöneldiğimiz çözüm modeli Erken Karanlık Enerji modeli oldu. Bu model bize net bir çözümü henüz vermese de önemli bir çözüm alternatifi olduğunu söyleyebiliriz. EDE hakkında bilgi verdikten sonra bu alanda yapılan 8 ayrı çalışmayı inceledik. Bu çalışmaların öne sürdüğü EDE süreci benzer olsa da parametrelerinde ve sistemlerinin dinamiğinde farklılıklar var. Ancak EDE senaryosu şu şekilde işlemektedir: (1) Başlangıçta donmuş potansiyele sahip bir skaler alan vardır, (2) bu alanın enerji yoğunluğu zamanla artar, (3) skaler alanın etkin kütlesi Hubble sürtünmesini geçtiği anda alan dinamik hale geçer, (4) erken karanlık enerji son saçılmadan önce Hubble parametresine etki ederek ses ufkunu azaltır, (5) bu da Hubble sabitinin artmasına yol açar. Hubble gerilimi henüz daha çözülememiş kozmolojiinin önemli alanlarından birisidir ve EDE çözüm için iyi bir alternatiftir. Henüz daha tamamlanmış ve kendini ispat etmiş bir EDE modeli olmasa da zamanla bu eşik aşılabilir. Bu tez, Hubble gerilimi hakkında bilgi edinmek isteyen ve Erken Karanlık Enerji alanında çalışma yapmak isteyen kozmologlar için yararlı bir başlangıç çalışması olarak hizmet edebilir.

Özet (Çeviri)

In this review thesis, we investigated the Early Dark Energy models for resolving the Hubble tension. As a result of the distinct solutions provided by the Planck and distance ladder methods, we have been able to more understand the Hubble tension since we realized its existence.This discrepancy is the most alluring epoch in cosmology. The various Early Dark Energy models contain varying values for the Hubble constant, and one of them may represent the true solution. We wish to demonstrate to researchers the diversity of perspectives in this field. The Hubble constant measures the expansion rate of the universe. Edwin Hubble, an American astronomer, was the first person to quantify the expansion of the universe in 1929 [1]. In recent years, there has been a discrepancy in the value of the Hubble constant measured from the observations of the early universe (using the CMB) and the observations of the nearby galaxies. Measurements from the CMB give a value of around 67.36 ± 0.54 km/s/Mpc [5], while the measurements from the nearby galaxies give a value of around 73.04 ± 1.04 km/s/Mpc [6]. This discrepancy, known as“the Hubble tension,”is an interesting field of research in cosmology because it may indicate the existence of a new physics outside the standard model. Since the ΛCDM model is insufficient to relieve the tension, the EDE models attempt to find a solution. EDE is an active scalar field in the early universe, and it rapidly vanishes when the ratio of radiation to matter approaches equality. When the sound horizon drops, the Hubble constant H0 is increased by this active scalar field. Firstly, we investigated the ΛCDM model. This section includes the dynamics of the universe, different distance measurements, and the cosmic microwave background. Then, the effects of a scalar field on the dynamics of the universe are analyzed with some significant examples. Next, we investigated the fundamental measurements of the Hubble constants such as Planck 2018, the distance ladder method by Riess, and the TRGB method. As a result of the distinct solutions provided by the Planck and distance ladder methods, we have been able to more understand the Hubble tension since we realized its existence. This discrepancy can be solved by the Early Dark Energy model; thus, we studied this component and its dynamics. Finally, we review the different EDE models that have distinctive Hubble constant values. This thesis can serve as a useful primer for cosmologists who wish to enter the field of early dark energy.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    846849

    Erken evrende karanlık enerji adaylarının davranışları

    Behavior of dark energy candidates in the early universe

    MELİKE ESGİN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    MatematikÇanakkale Onsekiz Mart Üniversitesi

    Matematik Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CAN AKTAŞ

  2. Tez No

    751405

    Enerji depolama uygulamalarında kullanılmak için floresans karbon nokta (KD) ince filmlerin hazırlanması

    Preparation of fluorescence carbon point (KD) thin films for use inenergystorage applications

    ZEYNEP MERAY

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2022

    Bilim ve TeknolojiMersin Üniversitesi

    Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. RÜKAN GENÇ ALTÜRK

  3. Tez No

    556203

    Mimar Sinan Camilerinden Şemsi Ahmet Paşa Camii (Üsküdar) ile T.C. Diyanet İşleri Başkanlığı Tip 3 Camii'nin akustik açıdan karşılaştırılması

    The acoustical comparison of Şemsi Ahmet Paşa Mosque from the Architect Sinan Mosques and T.C. Presidency of Religious Affairs Type 3 Mosque

    ALİ KAYGISIZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    Mimarlıkİstanbul Teknik Üniversitesi

    Mimarlık Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SEVTAP YILMAZ

  4. Tez No

    537872

    Tabakalı bazı ortamlarda nonlineer dalga yayılması probleminin asimptotik analiz

    Asymptotic analysis of nonlinear waves in certain layered media

    EKİN DELİKTAŞ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2018

    Matematikİstanbul Teknik Üniversitesi

    Matematik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEVLÜT TEYMÜR

  5. Tez No

    691636

    Some new cosmological applications of the energy-momentum squared gravity

    Enerji-momentum kareli genelçekimin bazı yeni kozmolojik uygulamaları

    NEBİYE MERVE UZUN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Fizik ve Fizik MühendisliğiBoğaziçi Üniversitesi

    Fizik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. OSMAN TEOMAN TURGUT

    DOÇ. DR. ÖZGÜR AKARSU

Geri Dön