3.13 Kozmik mikrodalga arka planı: “gürültüyle kararan plaktan” yol ve arazi ince desenlerine

Ana Sayfa ／ Bölüm 3: makroskopik evren

Terimler ve kapsam
“Plakaların nasıl oluştuğu, desenlerin nasıl kazındığı, görüş çizgisi boyunca yapılan düzeltmeler, çok büyük ölçeklerdeki yönlülük ve polarizasyonun ikili yapısı”nı iplik–deniz–tensör şemasında ele alıyoruz. Erken Evren’de genelleştirilmiş kararsız parçacıklar (GUP) sürekli üreyip bozunmuş, birikimli etkileri istatistiksel tensör kütleçekimi (STG) denen araziyi şekillendirmiştir. Bozunma ya da yok olma sırasında ortama geri dönen zayıf dalga paketleri tensör arka plan gürültüsü (TBN) olarak yığılmıştır. Bundan sonra bu üç terimin yalnızca tam Türkçe adlarını kullanıyoruz. Kavramsal dayanak olarak bir kez enerji iplikleri (Energy Threads) ve enerji denizi (Energy Sea) diyoruz.

I. Aslında neye bakıyoruz?
Kozmik mikrodalga arka planı (CMB) ~2,7 K sıcaklıkta neredeyse tekdüzedir; ancak düz bir renk alanı değildir. Düzenli akustik tepe–çukur dizileri, küçük ölçeklerde yumuşama ve baskın bir E-modu ile daha zayıf bir B-moduna ayrılan polarizasyon görülür. Çok büyük açılarda yarıküre asimetrisi, düşük-ℓ hizalanmaları ve “soğuk leke” gibi yönlülük ipuçları belirir.
Üç ana hat öne çıkar: erken dönemde “plakayı” donduran temel arka plan; yol boyunca yeniden işleme (mercek ve “esmerleme”); ufuk-ötesi arazi dokusunun bıraktığı zayıf yönlülük. İplik–deniz–tensör çerçevesi bu halkaları tek bir fiziksel zincirde birleştirir.

II. Neden temel neredeyse siyah cisimdir: erken tensör gürültüsü CMB’ye nasıl “karardı” (mekanizma ve zaman ölçekleri)

Sonucu baştan verelim.
Erken “enerji denizi” optikçe çok kalındı; güçlü bağlaşım ve sık saçılma serbest yol uzunluklarını çok kısalttı. Genelleştirilmiş kararsız parçacıkların enjekte ettiği geniş bantlı, düşük eşfazlı uyarımlar—tensör arka plan gürültüsü—bu “sıcak çorba” içinde hızla siyah cisim biçimine itildi. Evren saydamlaştıktan sonra fotonlar bu “plakayı” günümüze taşıdı.

• Kalın kazan: güçlü bağlaşım ve hızlı saçılma
  Foton–yüklü madde etkileşimleri enerjiyi, yönü ve fazı sürekli karıştırdı; her “enerji kırıntısı” soğurulup yeniden yayıldı ve kısa sürede harmanlandı.
• Kararma: enerji ve “renk karışımı” birlikte ayarlandı
  Ortam, frekans tercihlerini silip ışımanın siyah cisim eğrisine yönelmesini sağladı; böylece tek bir sıcaklık ölçeği kaldı.
• Zaman sırası: t_kararma ≪ t_makro ≲ t_kopuş
  Kararma, makroskopik evrimden hızlı gerçekleşti. Önce temel kuruldu, sonra yavaşça değişti; bu yüzden biçim korundu.
• Sıcaklık ölçeğinin kilitlenmesi
  Tensör arka plan gürültüsünün toplam enjeksiyonu taban sıcaklığını belirledi. “Renk ayarı” yapan mikroyolların donmasıyla ölçek kilitlendi ve 2,7 K’a kadar birlikte soğudu.
• Saydamlıktan sonra biçim korunur
  Yol üzerindeki etkiler parlaklığı türdeş biçimde (akromatik) kaydırır; siyah cisim şekli kalır, yalnızca açısal desen zenginleşir.
• Yüksek tekdüzeliğin kaynağı
  Kararma, değiş-tokuşun en hızlı olduğu “en kalın” devirde oldu; yön farkları silindi. Kopuş anındaki küçük dalgalanmalar dondu ve sonradan yalnızca hafifçe işlendi.

Kısacası: tensör arka plan gürültüsü → hızlı kararma → tek sıcaklık ölçekli, neredeyse siyah cisim temel; CMB’nin spektral “mükemmelliği” ve yüksek düzgünlüğü böyle açıklanır.

III. Desen nasıl kazındı: sıkışma–geri sıçrama ve eşfaz penceresi (akustik “davul derisi” evresi)

1. Çekim ve basınç arasında “nefes alma”
   Foton–baryon akısı, kütleçekim çekişi ile basınç geri sıçraması arasında salındı; hafifçe bastırılan bir davul derisindeki dalgacıklar gibi akustik dalgalar belirdi.
2. Eşfaz penceresi ve standart cetvel
   Yalnızca belirli dalga boyları en güçlü rezonansı yaptı. Bu, sıcaklık ve polarizasyon güç tayflarında düzenli tepe–çukur aralıklarını, yani akustik cetveli bıraktı.
3. Kopuş anında dondurulan kare
   Son saçılmada faz ve genlikler sabitlendi: hangi bölgelerin sıkışmada ya da gevşemede olduğu, salınımın büyüklüğü ve ritmin sıklığı kayda geçti. Tek–çift tepe karşıtlığı “yük ve hız”ı kodlar; baryon yükü sıkışma tepelerini yükseltir.
4. Okuma ipuçları

• Tepe aralığı: yayılım sınırı ve geometrik ölçek.
• Tek/çift: baryon yükü ve geri sıçrama verimi.
• TE fazı: akustik ritmin doğru yazılıp yazılmadığının denetimi.

IV. Yol boyunca “mercek ve esmerleme”: ışın yönlendirme, kenar yumuşaması ve E→B sızıntısı (yeniden işleme)

1. İstatistiksel tensör kütleçekimi kalın ve hafif eğimli bir cam gibidir

• Küçük ölçek yumuşaması: tepeler yuvarlanır, güç daha büyük ölçeklere kayar.
• E→B sızıntısı: ana E-modu yol boyunca kısmen B-moduna bükülür.
• Eş-haritalama beklentisi: B-modunun yakınsama/kayma (κ/φ) haritalarıyla artı yönde korele olması ve bu korelasyonun ölçek küçüldükçe güçlenmesi beklenir; dört-nokta mercek yeniden-kurumu ile yumuşama miktarı aynı araziyi birlikte sınırlar.

2. Tensör arka plan gürültüsü geniş bantlı “mat cam” gibi davranır
   Geç dönem, zayıf ve difüz arka plan siyah cisim biçimini bozmaz; ancak küçük ölçek kenarlarını biraz daha yumuşatır ve E→B’ye çok küçük bir katkı yapar. Şiddetinin, etkin yapıların dağılımıyla zayıf korelasyon göstermesi beklenir; belirgin renklenme üretmez.
3. Yol evrimi: akromatik blok kayması
   Yavaş evrilen geniş hacimli araziyi geçerken bütün görüş çizgisi biraz soğur ya da ısınır. Ayırt edici imza, tüm frekanslarda aynı yönde kaymadır; bu, toz gibi renkli ön-planlardan ayrılmasını sağlar. Erken geçişler de geç dönem derinleşme/gevşemeler de bu kaleme girer ve büyük-ölçek izleyicilerle (φ, galaksi yoğunluğu) zayıf artı korelasyon verir.
4. Yeniden iyonlaşmadan gelen ince “esmerleme”
   Serbest elektronlar, sıcaklığı küçük açılarda hafifçe düzler ve büyük açılarda E-modunu yeniden üretir. Bu katkı, istatistiksel tensör kütleçekimi ve tensör arka plan gürültüsüyle birlikte paylaştırılmalıdır.

Tanı listesi:

• Aynı bölgenin çok bantta birlikte soğuması/ısınması ⇒ yol evrimi.
• Büyük yapıyla birlikte değişen küçük-ölçek yumuşaması ⇒ istatistiksel tensör kütleçekimi baskın.
• Belirgin renklenme olmadan hafif genişleme ⇒ tensör arka plan gürültüsü artığı.

V. Aşırı büyük ölçekte doku ve yönlülük: sırt ve koridor “fosilleri”

• Tercihli eksenler
  Ufuk-ötesi arazide sırtlar/koridorlar/oyuklar varsa en düşük çok-kutupsallar hizalanır; yarıküre asimetrisi ve düşük-ℓ hizaları böyle anlaşılır. Bunlar rastlantısal değil, geometrik izdüşümlerdir.
• Blok hâlinde soğuk/sıcak kaymalar
  Evrilen arazi içinden geçen çizgiler tümden daha soğuk ya da sıcak görünebilir. Tümleşik Sachs–Wolfe, mercek haritaları ve uzaklık göstergeleriyle yapılan çaprazlamalarda zayıf ama eş yönlü yankılar beklenir.
• Siyah cisim biçimi bozulmaz
  Bu etkiler parlaklığı ve yönelimi değiştirir; frekans karışımını değiştirmez. Temel biçim korunur.

VI. Polarizasyonun iki kolu: ana hat olarak E, bükülme ve sızıntı olarak B

1. E-modu (ana plaka)
   Kopuş anındaki akustik “deri” üzerindeki anizotropiler saçılmayla doğrudan düzenli bir polarizasyon örüntüsüne kazındı ve sıcaklık ritmiyle eşfazlıdır. TE korelasyonu bu damgadır.
2. B-modu (çoğunlukla yolda doğar)
   İstatistiksel tensör kütleçekimi E’nin bir kısmını B’ye bükerek taşır; tensör arka plan gürültüsü küçük bir sızıntı ekler.

• B-modu zayıf kalır ve yakınsama/kayma ile korelasyonu ölçek küçüldükçe güçlenir.
• Büyük açıda güçlü bir B tespit edilirse erken enine elastik dalgaları işaret eder; yine de bugünkü B’yi açıklamak için zorunlu değildir.

VII. Grafiklerden fiziği çıkarma (uygulamalı okuma kılavuzu)

• Cetvel: tepe–çukur aralığı ⇒ akustik ölçek ve yayılım sınırı.
• Yük: tek/çift tepe ⇒ baryon yükü ve geri sıçrama verimi; TE fazı/genliği ritmi doğrular.
• Yumuşama: küçük ölçekte daha fazla düzleşme ⇒ daha “kalın” arazi ya da daha güçlü gürültü; φ haritaları ve dört-nokta mercek ile birlikte sınırla.
• Yön: tercihli eksen/yarıküre farkı ara; zayıf mercek/BAO/mesafe artıklarıyla karşılaştır.
• Akromatiklik: bantlar birlikte kayıyorsa ⇒ yol evrimi; renkli kayma varsa ⇒ ön-plan (toz, sinkrotron, free–free).
• B–κ korelasyonu: ölçek küçüldükçe güçleniyorsa ⇒ mercek baskın; delensing sonrası B kalanı, tensör arka plan gürültüsünü ve/veya enine dalgaları sınırlar.

VIII. Ders kitabına karşı: neyi koruyoruz, neyi ekliyoruz (ve nasıl sınayacağız)

1. Korunanlar

• Kopuşta dondurulan güçlü bağlaşmış akustik evre.
• Geç dönemdeki mercek ve yeniden iyonlaşma “hafif rötuşları”.

2. Eklenen/ayrışan noktalar

• Temelin kökeni: neredeyse siyah cisim temel, tensör arka plan gürültüsünün hızlı kararmasından gelir; ek bir bileşen gerekmez.
• Yumuşama bütçesi: küçük-ölçek yumuşaması “istatistiksel tensör kütleçekimi + tensör arka plan gürültüsü” toplamıdır; tek bir “mercek gücü” değildir.
• Anomalilerin adresi: yarıküre asimetrisi, düşük-ℓ hizaları ve soğuk leke tensör arazinin doğal izleridir; çoklu veride eş yönlü yankılar vermelidir.

3. Sınanabilir taahhütler

• Tek bir arazi haritası, hem CMB merceğinde hem galaksi zayıf merceğinde artıkların birlikte azalmasını sağlamalıdır.
• B–yakınsama korelasyonu küçük ölçeklere doğru artmalıdır.
• Akromatik kaymalar bantlar arasında birlikte hareket etmelidir.
• Soğuk leke yönünde ISW, mesafe ve yakınsama haritalarında zayıf ama aynı işaretli karşılıklar görülmelidir.

IX. Sistematikleri ayırma: “arazi/yol” ile “ön-plan/aygıt” nasıl ayrılır

• Akromatik vs renkli: akromatik ⇒ yol evrimi; renkli ⇒ ön-plan (toz, sinkrotron).
• B–κ çaprazı: anlamlıysa ⇒ istatistiksel tensör kütleçekiminin merceği güvenilirdir; değilse aygıt polarizasyon sızıntısı denetlenmelidir.
• Çok bantlı kilitleme: siyah cisim eğrisi temeli sabitler; spektral artıklar (μ/y) geç dönem gürültü enjeksiyonunu sınırlar.
• Dört-nokta/φ yeniden-kurumu: TT/TE/EE yumuşamasıyla tutarlılık ⇒ tek arazi fazı, genliği ve gauss-olmayanlığı birlikte yönetir.

X. Doğrulama ve ileriye bakış (yanlışlanabilir ve güçlendirilebilir kontroller)

• P1 | Ortak harita: CMB yumuşamasını ve zayıf merceği aynı φ/κ haritasıyla uydur; artıkların birlikte yakınsaması, ana merceğin istatistiksel tensör kütleçekimi olduğunu destekler.
• P2 | Delensing sonrası B kalanı: geniş bantlı, düşük eşfazlı eğim ⇒ tensör arka plan gürültüsünün sonlu payı; büyük açılı “tepe” ⇒ erken enine dalgalar.
• P3 | Akromatik ISW çaprazı: CMB ile LSS/φ arasındaki aynı işaretli kaymalar ⇒ yol evrimi yorumunu güçlendirir.
• P4 | Soğuk leke yankıları: ISW, mesafe ve yakınsamada zayıf ama eş işaretli yanıtlar ⇒ rastlantısal gürültü değil, arazi kalıntısı.
• P5 | μ/y üst sınırları: daha sıkı tayfsal sınırlar ⇒ geç enjeksiyon daha zayıf; gevşek sınırlar ⇒ payın nicelenmesi.

XI. Akılda kalıcı benzetme: davul derisi ve buzlu cam

1. “Deri” evresi: gergin bir zar (yüksek tensör gerilimi) üstüne serpilmiş mikro damlalar (enjekte edilen uyarımlar). Gerilim ile yük, sıkışma–geri sıçrama ritmini kurar.
2. Donmuş kare: kopuş anı, o andaki deseni “fotoğraflar”.
3. Camın ardından bakış: sonra bu plakayı hafif dalgalı (istatistiksel tensör kütleçekimi) ve yumuşak buzlu (artık gürültü) camın ardından görürüz:

• dalgalar deseni yuvarlar;
• buzlanma kenarları yumuşatır;
• cam yavaşça şekil değiştirirse alanlar “renk” bozmadan soğur ya da ısınır.
  Bugün gördüğümüz CMB budur.

Dört satırlık özet

• Temel gürültüden doğdu: tensör arka plan gürültüsü kalın çorbada hızla karardı; neredeyse siyah cisim temel ve tek sıcaklık ölçeği kuruldu.
• Desen ritimden kazındı: güçlü bağlaşmış evre tutarlı akustik vuruşları (tepe–çukur ve E-modu) işledi.
• Yolda hafif “ameliyat”: istatistiksel tensör kütleçekimi yuvarladı ve E→B sızıntısı yaptı; tensör arka plan gürültüsü daha da yumuşattı; yol evrimi akromatik kaymalar bıraktı.
• Büyük ölçek “kötü veri” değil: yarıküre asimetrisi, düşük-ℓ hizaları ve soğuk leke tensör arazinin kalıntılarıdır ve çoklu gözlemde yankılanmalıdır.

Sonuç
“Gürültüyle kararan plaka + gerilmiş arazinin gölgesi + yolda hafif düzeltmeler” birleşik resmi, akustik tepelerin ders-kitabı özünü korur. Aynı zamanda yumuşamaya, B-moduna, yönlülüğe ve “anomali”lere sınanabilir fiziksel adresler verir. Ölçek, yük, yumuşama, yön, akromatik kayma, B–κ korelasyonu ve delensing sonrası B kalanı adımlarını izleyerek Evren’in tek ve tutarlı bir tensör haritasını kurabiliriz.