Büyük Patlamadan Kalan İlk Ses Dalgaları

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgalarıEvreni doğuran büyük patlama sırasında ışıktan oluşan ses dalgaları ortaya çıktı ve bunlar ilk ışıkla birlikte uzaya yayıldı. Peki ışıktan ses dalgası nasıl olur ve evren sadece 380 bin yaşındayken uzaya yayılan ses dalgaları bugünkü galaksileri nasıl oluşturdu? Evrenin doğuşunu gösteren kozmik mikrodalga artalan ışımasıyla uzaya yayılan kadim akustik müzik dalgalarını görelim.

Işıktan ses dalgası olur mu?

Evet ve şimdi bunun nasıl olduğunu, ayrıca galaksileri nasıl oluşturduğunu göreceğiz. Sonuçta parlak galaksiler barındırdığı yıldızlar ve hayata elverişli dünyalarıyla var olmasaydı, evren soğuk, karanlık, ölü bir boşluktan ibaret olurdu. Öyleyse galaksiler önemli ve onları anlamak evreni anlamak demek.

Nitekim gece göğüne en güçlü teleskoplarla yeterince uzun süre baktığımız zaman, evreni dolduran 2 ila 10 trilyon galaksiyi görebiliriz. Tıpkı onlarca yıldızdan oluşan takımyıldızlar gibi, uzayda yüzlerce galaksiden oluşan galaksi kümeleri ve binlerce gökadadan oluşan süper galaksi kümeleri var.

Oysa bütün bunlar, galaksiler oluşmadan önce uzaya eşmerkezli halkalar halinde yayılan ve aslında ışıktan oluşan ses dalgalarının ürünüdür. Küçük ses dalgaları büyük galaksileri ve dev galaksi kümelerini nasıl oluşturdu derseniz işe terimlerden başlamamız gerekiyor:

Astrofizikçiler evrenin doğumunda oluşan ilkin ses dalgalarını baryon akustik salınımları (BAO) olarak adlandırıyor. Üstelik baryon akustik salınımları, galaksilerin yanı sıra, evrenin son 5 milyar yılda gittikçe hızlanarak genişlemesine yol açan karanlık enerjinin ne olduğunu da açıklayabilir. Bu da bizi evrenin en büyük ölçeklerde nasıl oluştuğunu anlatan kozmoloji anabilim dalına getiriyor:

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Evrenin büyük patlamadang ünümüze genişlemesi (soldan) sağa. Büyütmek için tıklayın.

 

Ses dalgaları kozmolojisi

Kozmoloji anabilim olarak bağımsızlığını kazanmadan önce, yani 1990’lara dek astrofiziğin en belirsiz dalıydı; çünkü o zamanlar evrendeki uzak yıldızlar ve galaksilerin ne kadar uzak olduğunu iyi ölçemiyorduk.

Bu nedenle ve büyük patlama uyarınca, bizden ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaştığını bildiğimiz galaksilerin, gerçekte ne kadar uzak olduğunu da bilmiyorduk. Haliyle kozmoloji dalı deneysel veriden çok, yaratıcı akıl yürütmeye (uslamlama) ve cesur teorilere dayanıyordu.

Ancak, son 40 yılda gittikçe gelişen teleskop teknolojisi ve gözlem teknikleri sayesinde (teleskop ışığının bulanıklığını gideren yazılımlar vb.) bu durum değişti. Bizler artık kesin kozmoloji çağında yaşıyoruz; çünkü gökcisimlerinin uzaklığını, bunlar ne kadar uzak olursa olsun, büyük patlama teorilerimizi test edecek kadar kesin ölçebiliyoruz.

Böylece evrenin nasıl oluştuğu, evrim geçirdiği ve nasıl yok olacağına dair fikir beyan edebiliyoruz. Siz de evrenin genişleme hızıyla astronomik uzaklıkları nasıl ölçtüğümüzü Hubble sabiti değişiyor ve Standart Mumlar yazılarında okuyabilirsiniz. Hatta son gözlemler, bebek evrenin sandığımızdan hızlı genişlediğini gösteriyor. Bu da karanlık enerjinin şiddetinin arttığına işaret ediyor olabilir.

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

İlk ışığın uzaya yayılmasından önce ışık ve madde eşlenikti. Resimde foton dalgası ve atom çekirdeği. Büyük patlamada oluşan X-ışınlarının yarattığı ses dalgaları, bu süper sıcak süper sıvı özellikli plazmanın içinde ışık hızının yüzde 50’si ile yol aldı.

 

Ses dalgaları ve büyük yırtılma

Karanlık enerjinin şiddetinin zamanla artıyor olması ise evrenin 22 milyar yıl sonra büyük yırtılma ile parçalanarak yok olmasına yol açabilir. Dahası evrenin başlangıçtaki genişleme hızının kuasarlara göre ölçümüyle süpernovalara göre ölçümü arasında büyük uyuşmazlıklar var ve bu durumun kozmolojide kriz çıkardığını söyleyebiliriz.

Her ne kadar bu yazıda büyük patlamadan kalan ses dalgaları konusunu odaklanacaksak da baryon akustik salınımları, karanlık enerji krizini çözmemize yardım edebilir. Nasıl derseniz sırayla görelim:

Evren oluştuktan sonra uzaya yayılan ilk ışık olan kozmik mikrodalga artalan ışıması (CMB) bugünkü galaksilerin nüvesi olan termal sıcaklık farklarını gösteriyor (haritaya bakın). Oysa bu termal benekler özünde büyük patlama sırasında oluşan fotonik ses dalgalarının izleri ve ışığın uzayda ses gibi yayılmasıyla oluştular. Peki biz akustik dalgalara bakarak evrenin genişleme oranını nasıl ölçüyoruz?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Zaman içinde gittikçe daha net haritasını çıkardığımız kozmik mikrodalga artalan ışıması evrenin doğumunda oluşan ilk ışıktır. Harita üzerindeki termal benekler bugünkü galaksi kümelerine karşılık geliyor ve bunları ilkin ses dalgaları oluşturdu. Büyütmek için tıklayın.

 

Ses dalgaları ve kozmik mikrodalgalar

İşin sırrı evrenin yıldızlar kadar sıcak olduğu bebeklik günlerinde yatıyor: Evren 380 bin yaşına kadar çok küçük ve sıcak bir yerdi. Bu yüzden, evreni dolduran gaz bulutları da plazma formundaydı; yani uzayda çekirdek çevresinde protonlara eşit sayıda elektronların döndüğü nötr atomlar yoktu. Çıplak atom çekirdekleri ve serbest elektronlardan oluşan bir tür süper sıcak kozmik çorba vardı. Bu da evreni dolduran plazmayı oluşturuyordu.

Dahası evrenin yoğunluğu o kadar yüksekti ki ışığı oluşturan fotonlar sürekli atom çekirdekleriyle elektronlara çarpıyor, emiliyor ve tekrar tekrar yayınlanıyordu. Kısacası madde ve enerji eşlenikti, yani birbirine bağlıydı. Bu sıkışık uzayda, ışığın serbestçe evrene yayılabileceği en ufak bir boşluk yoktu. Dolayısıyla fotonlardan oluşan ışık ışınları da yoktu:

Kozmologlar evrenin ilk günlerinde bu sebeple mat olduğunu, ama karanlık olmadığını söylüyor; çünkü ilk ışık daha büyük patlama anında ortaya çıkmıştı. Sadece ışık uzayda yayılamıyordu. Bu da uzayın beyaz renkli fakat mat bir görünüm kazanmasına yol açıyordu. Ancak, bu durum kozmik ölçeğe göre uzun sürmedi.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

İlkin ses dalgaları büyük patlamadan günümüze sigara dumanı halkaları gibi genişledi ve galaksilerle galaksi kümelerini oluşturdu.

 

İlkin ses dalgaları ve kozmik senfoni

Doğduğu andan beri sürekli büyümekte olan evren 380 bin yaşına ulaştığında uzay yeterince genişlemiş, boşluktaki madde ve enerji yoğunluğu azalmış ve ortalama sıcaklığı da 6000 derecenin altına düşmüştü.

Böylece elektronlar atom çekirdeklerinin yörüngesine girerek nötr atomlar oluşturdular ve mat plazma akımları ortadan kalkarak sıradan sıcak gaza dönüştü. En sonunda uzay boşluğu oluştu, sanki birisi artık ışık olsun dedi ve kozmik mikrodalga artalan ışıması (CMB) ilk ışık olarak boşluğu doldurdu.

Evren genişledikçe boşluk ışığın aydınlatamayacağı kadar genişledi ve nihayet bildiğimiz siyah uzay veya ona yakın bir şey ortaya çıktı. Başlangıçta büyük patlamanın sıcağında gama ışınları ve X-ışınlarından oluşan sıcak CMB fotonlarının dalga boyu da uzay genişledikçe ip gibi gerilip uzadı. Frekansı azalan CMB bugün gördüğümüz -270,5 derece sıcaklıktaki mikrodalga boyuna kaydı.

İşte CMB haritasını oluşturan termal benekler, gama ve X-ışınlarının mikrodalga boyuna kaymasıyla bu şekilde oluştu. Oysa evrenin ilk üç dakikası ve daha sonrasında, uzaydaki madde ile enerji yoğunluğu o kadar yüksekti ki X-ışınları maddenin içinde mekanik ses dalgaları halinde yayılmıştı.

Işıktan ses dalgalarına geçiş

Bu da özünde elektromanyetik dalgalardan oluşan CMB üzerindeki termal beneklerin (sıcaklık farkları), hem kuantum fiziğine tabi olan elektromanyetik dalga salınımlarından, hem de Newton mekaniğine tabi mekanik ses dalgalarından etkilenerek oluştuğunu gösteriyor. İşte evrenin heyecanlı varoluş hikayesi asıl bu noktadan itibaren canlanıyor. Sonuçta ilkin ses dalgalarına baryon akustik salınımları dedik; ama neden baryon akustik salınımları dediğimizi şimdi anlatacağız:

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Evrenin genişlemesi ilkin ses dalgası halkalarının devleşerek bugünkü süper galaksi kümelerini oluşturmasını sağladı.

 

Ses dalgaları ve baryon salınımları

Büyük patlamadan kalan ses dalgaları için baryon akustik salınımları terimini kullanıyoruz; çünkü bildiğimiz anlamda maddeyi oluşturan proton, nötron ve atomlar baryon sınıfına giriyor (kuarklardan oluşan bütün parçacıklara baryon deniyor).

İkinci olarak evrenin ilk ışıktan önce plazma halindeki maddeden oluşuyor olması demek (ışıkla baryonların eşlenik olması); evrenin o zamanlar bir tür süper sıvıyla dolu olması anlamına geliyor. Hidrojen gazı ve diğer gazların faz değişikliği geçirmesiyle ortaya çıkan süper sıvılar mutlak sıfıra yakın soğukta veya aşırı yüksek basınç ve sıcaklıkta oluşuyor.

Özetle ilk ışık büyük patlama anında oluştu ve ilk ışığın uzaya yayılmasından önce evreni dolduran plazma aslında çok sıcak olan egzotik bir süper sıvıydı. Üstelik bebek evreni dolduran süper sıvı büyük patlama sırasında oluşan ilkin ses dalgalarının yayılmasını sağlayan süper akışkan bir ortamdır! Yine de plazma ile süper sıvılar iki farklı şeydir; ama bazen plazma süper sıvı gibi davranabilir.

İlkin ses dalgaları açısından en önemli nokta ise büyük patlama sonrası evreni kaplayan plazmanın çok egzotik bir formda olmasıdır. Bu plazma maddeyle eşlenik olan fotonlardan oluşuyor ve yukarıda belirttiğim gibi, hem kuantum fiziğine hem de Newton mekaniğine göre davranıyordu.

Egzotik ses dalgaları

Kısacası ilkin egzotik plazma, evrende bugün bile fizikçilerin yeni yeni keşfettiği kuantum akışkanlar dinamiği kurallarına göre akıyordu. Öyle ki büyük patlama anında oluşan bir elektromanyetik dalga olan ışığın ses dalgalarına dönüşmesini sağlayan da bu egzotik plazma oldu.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

 

İlkin ses dalgaları nasıl yayıldı?

Bildiğiniz gibi, ses dalgaları mekanik dalgalar sınıfına giriyor ve uzayda yayılması için de hava ile su gibi yüksek yoğunlukta madde içeren ortamlar gerekiyor. Anlaşılan ses dalgalarının yayılmasına en uygun ortam süper sıvılar oluyor:

Bunlar aynı zamanda elektriği hiç direnç göstermeden ileten sıvılar. Sizin de elinizde ışıktan oluşan ses dalgaları varsa bunlar elektromanyetik dalgaları oluşturan, aslında bizzat elektromanyetik kuvvetin taşıyıcısı olan fotonları çok iyi iletecektir. Üstüne üstlük, dirençsiz akan sıvılar olarak mekanik ses dalgalarını da iyi taşıyacaktır. Sonuç? Bebek evrende ses dalgaları ışık hızının yarısıyla gidiyordu.

Bu da ilk galaksilerin oluşmasını sağlayan kritik özellikti. Neden derseniz: İlk ışık CMB formunda evrene yayıldığı zaman, ilkin ses dalgaları da uzayda hızı kesilip donana kadar büyük mesafeler kat etti ve evrende yüz binlerce ışık yılı genişliğinde dev akustik halkalar oluşturdu (buna geri geleceğiz)

Ta ki hızla genişleyen uzaydaki süper sıvının gittikçe seyrelmesi ve süper sıvı özelliğini kaybetmesine kadar… İşte o anda ilkin ses dalgaları da kesildi. Ancak, olan olmuştu. CMB üzerindeki termal benekler, hem uzayın genişlemesi hem de ilkin ses dalgalarının yayılması neticesinde, 1 mikrometre boyundan yüz binlerce ışık yılına uzanan dev sıcaklık farklarına dönüştüler.

İlkin ses dalgaları ve galaksiler

Kısacası evrende farklı sıcaklık ve yoğunluktaki dev gaz bulutları oluştu. Bunlar da 180 milyon yıl içinde ilk yıldızları ve 200 milyon yıl içinde ilk cüce galaksilerin çekirdeklerini oluşturdu. Ancak, şimdiye dek sadece ilkin ses dalgalarının neden ışıktan oluştuğunu ve kabaca galaksi çekirdeklerini nasıl oluşturduğunu anlattık. Oysa ışıktan nasıl oluştuklarını açıklamadık ve bunu da termonükleer bombalarla örnekleyebiliriz. Sonuçta bebek evren dev bir kozmik termonükleer bombaydı! 😮

İlgili yazı: Theia Gezegeni Dünya’ya Çarpınca Ay Nasıl Oluştu?

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Termonükleer patlamada X-ışınları ses dalgaları gibi yayılır. Evren büyük patlamadan sonra atomların oluştuğu anda dev bir termonükleer patlamaydı.

 

Ses dalgaları ve termonükleer bombalar

Konumuzun dışına çıkmamak için özet bilgi geçeceğim: Bu tür bombaların tepesinde küre şeklinde olan plütonyum metali bulunur (Yaklaşık 1 kg ağırlığında olan ve yüzde 93 oranında plütonyum 239 izotopundan oluşan neredeyse kritik yoğunluktaki bir plütonyum kütlesi). Öyle ki termonükleer patlamalar plütonyum çekirdeğin plastik patlayıcılarla patlatılmasıyla tetiklenir:

1) Plütonyum kütlesini kimyasal patlayıcılar sarar. Siz de önce bunları patlatırsınız. Patlamanın basıncı plütonyumu içe doğru sıkıştırır. Bu da radyoaktif metalin çok fazla nötron yaymasına yol açar. Nötronlar plütonyum 239 çekirdeklerini parçalayarak nükleer patlamaya neden olur (Süreç benziyor; ama bunu termal nükleer patlama olan Çernobil kazası ile karıştırmayın. Nükleer ve termonükleer patlama ile termal nükleer patlama aynı şey değildir).

İlgili yazı: Evrenin En Büyük Yıldızı UY Scuti mi?

Güneşin çekirdeğinde gerçekleşen nükleer füzyon patlamaları da sismik ve termal benekler oluşturarak yüzeye yalılır. Burada manyetik alanlar ve ses dalgalarıyla şekillenen gaz kabarcıkları yaratır. Bunlar uzaya püskürdüğü zaman güneş fırtınalarına yol açar. Evrenin bütün fiziksel süreçleri temelde aynıdır.

 

İlkin ses dalgaları ve X-ışınları

Plütonyum çekirdeğin patlamasından itibaren bombanın içinde bebek evrene benzeyen koşullar oluşur. Özellikle de bombanın içinde ses dalgaları gibi yayılan şiddetli X-ışınları yayınlanır.

2) Plütonyum kökenli nükleer patlamanın şok dalgası, örneğin silindir şekilli termonükleer bombanın tepesindeki plütonyumdan bombanın içine doğru yayılır. Nitekim plütonyum küresi, aslında zenginleştirilmiş uranyumdan oluşan silindirik bir metal kabın içindedir. Bundan sonrası için detaylar önemli değil (kimseye termonükleer bomba yapmayı öğretmek istemiyorum 🙂 ).

Ancak, nükleer patlama sırasında ısı ve basınç öyle artar ki ortaya çıkan X-ışınları (yüksek frekanslı fotonlar) uranyum atomlarını akustik dalgalar, yani ses dalgaları gibi sıkıştırır.

3) Plütonyum çekirdeğin altında bulunan uranyum tampon, ışıktan oluşan bu ses dalgaları ile süper sıcak plazmaya dönüşür. Bu da süper sıcak ve süper ezici bir plazma şok dalgası oluşturur (tıpkı tank zırhı delen sıcaklık şekillendirmeli anti tank mermisi plazma başlıklarında olduğu gibi).

İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Büyütmek için tıklayın.

 

Bütün evrenin patladığı an

Sonuçta uranyum tampon, bombanın içindeki trityumdan (iki nötronlu radyoaktif hidrojen izotopu) oluşan küçücük bir pastili veya lityum döterit çubuklarını Güneş çekirdeğine eşdeğer basınçla sıkıştırır. Trityum veya döteryum atomları da birbirine yapışıp kaynaşarak helyuma dönüşür.

Nükleer füzyon patlaması, uranyumun içinde mekanik dalgalar halinde yayılan X-ışınlarının yarattığı termal basınçla tetiklendiği için bu tür kitle imha silahlarına termonükleer bomba deriz. Nitekim büyük patlamanın ardından ilk atomlar oluşurken, bütün evren termonükleer bomba olarak patladı!

Büyük patlamanın ısı, ışık ve plazması, evren 380 bin yaşında iken yayınlanan kozmik mikrodalga artalan ışımasıyla (CMB) birlikte uzaya yayıldı. Bugünkü galaksiler de CMB sırasında uzaya yayılan nükleer plazma topaklarının zamanla soğumasıyla oluştu. Sıcak evrende kettle’da kaynatılan su gibi kabarcıklar halinde köpüklenen bu dev plazma topakları ise galaksi çekirdeklerine şekil verdi.

Tabii bunun için gazın soğuyarak yıldız çekirdekleri halinde tekrar çökmesi gerekiyor ve siz de ilgili detayları ilk yıldızlar yazısında bulabilirsiniz. Ancak, CMB üzerindeki termal beneklerin; yani galaksi öncesi nüvelerin asıl kökeni ne X-ışınları ne de bunların mekanik ses dalgaları halinde yayılmasıdır.

Kozmik ses dalgaları

Evet, plazmayı ilkin ses dalgaları şekillendirdi ve ilkin ses dalgalarını X-ışınları oluşturdu. Ancak, X-ışınlarının ana kaynağı, büyük patlamadan hemen sonra oluşan rastgele kuantum salınımlarıdır. Üstelik kozmik enflasyon teorisine göre bir değil, iki büyük patlama var ve evrene şeklini veren temel sebep olan kuantum salınımlarını anlamak için iki patlamaya da göz atmamız gerekiyor:

İlgili yazı: Panspermi: Dünya’ya Yaşam Uzaydan mı Geldi?

İlk ışık evren 380 bin yaşında iken uzaya yayıldı ve zamanla söndü. Bu kez evrende siyah uzay boşluğu vardı; ancak bu da karanlıkta büyük ölçüde soğuk gazla doluydu. Uzay ilk ışık öncesi gibi mattı. İlk yıldızlar ikinci kez evreni aydınlatarak soğuk gazı iyonize etti.Büyütmek için tıklayın.

 

Büyük patlama ve kuantum salınımları

Şimdi, “Ama Hocam, bir evren iki kez nasıl patlar ve iki kez nasıl oluşur? Evrenin tek bir büyük patlamayla başladığını ve ondan önce hiçbir şey olmadığını sanıyorduk” diyebilirsiniz. Ben de Zaman Büyüt Patlamayla mı Akmaya başladı yazısında, evrenin kendinden önce hiçbir şey olmayan bir tekillikten tek bir büyük patlama ile doğmasının neden imkansız olduğunu anlattım.

O sebeple bugünkü evreninin nasıl oluştuğunu açıklamak için, Alan Guth tarafından 1979 yılında geliştirilen kozmik enflasyon teorisini anlatalım. Sonuçta ilkin ses dalgalarını oluşturan kuantum salınımlarının kökeni kozmik enflasyonda yatıyor ve ben de gelecek yazılarda bu teoriyi ayrıntılı olarak ele alacağım. Ancak, konumuz açısından kısa bir özet geçebiliriz:

Evren öncesi (sanal?) uzay-zamanda meydana gelen kuantum salınımları, çok yüksek sıcaklıktaki bir uzay öncesi ortam oluşturdu. Bu ortam inflaton enerji alanı denilen özel bir kuantum alanı doğurdu ki bu da evrenin kısa bir süre için ışıktan trilyonlarca kat hızlı şişmesine yol açtı.

Öyle ki sanal uzayda sadece 10-28 cm genişliğindeki bir alan, 10-35 ila 10-33 saniye arasında süper hızlı şişti ve her 10-28 saniyede iki kat büyüdü. Böylece 10-2 saniye içinde tam 100 kez üstel olarak büyüyen alan (büyüklük artışını 2, 4, 8, 16 gibi düşünün) sonunda 1 cm çapındaki bir küreye dönüştü.

İlgili yazı: Fizikçiler Paralel Dünyalar Deneyi Yapacak

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Sloan Dijital Gök Taraması, Dünya’yı merkez alarak evrendeki galaksileri tanıyor. Resimde güney yarımküredeki tarama ile birlikte gösteriliyor. Karanlık yer Samanyolu’nun kestiği ışığı gösteriyor.

 

İki büyük patlama var

Evrenin ışıktan hızlı genişlemeye başladığı kozmik enflasyon anına soğuk büyük patlama diyoruz. Kozmik şişme evrenin çapı 1 cm’ye ulaştığı zaman sona erdi ve o andan itibaren, uzay ışıktan yavaş bir hızla genişlemeye devam etti. Ancak, kozmik şişmeye yol açan inflaton enerji alanın çökmesi ile boşalan şiddetli enerji, gerçek uzay zamanı oluşturan sıcak büyük patlamaya yol açtı.

Belgesellerde büyük patlama derken kast ettikleri şey de genellikle ikinci büyük patlama, yani sıcak büyük patlamadır. Temel parçacıklar, dört temel fizik kuvveti ve atomlar hep sıcak büyük patlamayla oluşmuştur. İlkin ses dalgalarını oluşturan X-ışınları da bu patlama sırasında oluşan kuantum salınımlarının ürünüdür (bunlar inflaton alanını yaratan önceki kuantum salınımları değildir!).

Kuantum salınımları evrendeki madde ve enerjinin çalkalanmasına yol açtı (yoğunluk salınımları). Bu da evrendeki sıcaklık farklarını doğurdu (sırasıyla X-ışınları, ilkin ses dalgaları, galaksi nüvesi gaz kabarcıkları, bunların içinde oluşan ilk yıldızlar ve ilk cüce galaksiler).

Peki bizler sıcak büyük patlamadan 380 milyon yıl sonra oluşan en uzak galaksilere baktığımız zaman, bugünkü galaksileri oluşturan ilkin ses dalgalarını nasıl görüyoruz? Öncelikle ilk galaksilerin evren 200 milyon yaşındaki iken oluştuğunu sanıyoruz.

İlk galaksi çekirdekleri

Bizim de en güçlü teleskoplarla görebildiğimiz en uzak galaksi GN-z11’dir. Bu galaksinin ışığı 13,4 milyar yaşında; yani GN-z11’in çekirdeği evren 380 milyon yaşında iken oluşmuş olmalı. Yine de ilk galaksi ondan 180 milyon daha genç olabilir. GN-z11’in bize şu andaki uzaklığı ise 32 milyar ışık yılıdır.

İlgili yazı: Kuantum Zaman: Gözünüz 12 Milyar Yıllık Işıkla Dolanık

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

1950’lerde geliştirilen ilken termonükleer bomba tasarımı. Büyütmek için tıklayın.

 

Evrenin çapı yaşından büyük

Peki evrende hiçbir şey ışıktan hızlı gidemiyor ve en eski ışık da 13,78 milyar yaşında ise görebildiğimiz en uzak galaksi, bize evrenin yaşından nasıl daha uzak olabilir? Bunun sebebi yukarıda anlattığım kozmik enflasyon. Evren kısa süre için ışıktan hızlı şişti ve o zamandan beri genişlemeye devam etti.

Evren sonsuza dek genişlemeye devam edecek ve şu anda bizden 32 milyar ışık yılı uzakta olan GN-z11’in gelecekte yayacağı yıldız ışığı bize asla ulaşmayacak. Ancak, gözlemlenebilir evrenin yarıçapı yaklaşık 45 milyar ışık yılıdır.

Oysa galaksiler büyük patlamadan 200 milyon yıl sonra oluştu. Dolayısıyla gözlemlenebilir evrende yer alan en uzak galaksi bize gözlemlenebilir evrenin sınırından çok daha yakındır.

Bu da bugün bize 35 milyar ışık yılı uzakta olan galaksilerin farklı zamanlarda yaydığı ışığın, uzak gelecekte bir şekilde Dünya’ya ulaşacağı anlamına geliyor. Artık bu ayrıntıları aradan çıkardığımıza göre, gökyüzünde ilkin ses dalgalarının izini aramaya başlayabiliriz.

İlgili yazı: Heisenberg Belirsizlik İlkesi Yanlış mı?

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Evreni saran süper galaksi halkaları bugün 1 milyar ışık yılı çapında olup milyonlarca galaksi içeriyor. bu halkalar ilkin ses dalgalarının donmuş izleridir.

 

Ses dalgalarının kozmik izleri

Dikkat edecek olursanız buraya dek ses dalgalarının elektromanyetik bileşimi olan X-ışınları ve termal beneklerden söz ettik. Ancak, ses dalgalarının mekanik özelliklerine değinmedik. Oysa ısınan gazlar genleşir ki galaksi nüvesi olan gaz kabarcıkları da ilk ışığın uzaya yayıldığı ana kadar genişlemeye devam etti.

Oysa genişleyen gazlar soğur ve yerçekiminin etkisiyle kendi üzerine çökerek küçülür. Evren 380 bin yaşında iken uzaya yayılan ilk ışığa değin bu süreç devam etti. Gaz kabarcıkları küresel olarak genişledi ve büzüldü. Bebek evreni dolduran plazma nabız gibi attı ki yazının başında, ilkin ses dalgaları evrene eşmerkezli halkalar halinde yayıldı derken bunu kast ediyorduk.

Sonuçta küresel kabarcıklar bugün 2B olarak gördüğümüz CMB üzerinde eşmerkezli halkalar halinde görülüyor ki termal benekler derken kast ettiğimiz de budur. Oysa hikaye daha yeni başlıyor; çünkü büyük patlamadan sonra oluşan yoğunluk farklarının termal salınımlarla birleşmesi ilginç bir süreç başlattı.

Bunun için de karanlık maddeden söz etmemiz gerekiyor. Ne de olsa karanlık madde evrende bizi oluşturan maddeden (baryonlardan) yaklaşık beş kat fazladır. Peki ilkin ses dalgaları bebek evrendeki süper sıvı plazma ortamında nasıl dalgalandı? Sonuçta galaksilere şeklini veren bu dalgalanmalardır.

İlgili yazı: Zamanda Yolculuk İçin Büyükbaba Paradoksu Çözüldü

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

 

Bebek evrenin çok kısa tarihi

  1. Büyük patlamadan hemen sonra oluşan kuantum salınımları, bebek evrende maddenin daha yoğun ve daha az yoğun olduğu noktalar yarattı.
  2. Bu noktalar güçlü yerçekimi ile kendi üzerine çökerek ısındı ve sıcaklığı çevresine göre 15 binde bir oranında arttı. Böylece yoğunluk salınımları (CMB) üzerindeki termal beneklere dönüştü.
  3. Büyük patlama anında yalnızca yerçekiminden etkilenen karanlık madde de oluştu. Karanlık madde, yerçekimi güçlü olan yüksek yoğunluklu bölgelerin içine düşerek topaklandı.
  4. Yoğun bölgelerde ısınan normal madde ise plazma kabarcıkları halinde genişledi. Bu sırada artan sıcaklıkta oluşan X-ışınlarının yarattığı şiddetli foton basıncı, plazma kabarcıklarının çok daha fazla genişlemesine yol açtı.

İlgili yazı: Soğuk Füzyon ile Ucuz Enerji Üretmek Mümkün mü

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

İlkin ses dalgalarını içern kozmik mikrodalga artalan ışımasını radyo teleskoplarla alıyoruz. Aynı zamanda uzaydaki Planck gibi uydularla dönem dönem ölçüyoruz.

 

Işık maddeden kopuyor

  1. X-ışınları plazmayı hem güneş yelkenlerini iten foton basıncı ile şişirdi, hem de termonükleer bombadaki X-ışınları gibi mekanik olarak itti (ilkin ses dalgaları). Oysa karanlık madde elektromanyetik dalgalardan, yani ısı ve ışıktan etkilenmediği için çöktüğü yerde kaldı.
  2. Böylece evrenin doğumunda oluşan rastgele kuantum salınımlarının çocuğu olan ilkin ses dalgaları, yani evrenin doğum müziğini olan baryon akustik salınımları (BAO) ortaya çıktı. Bunlar süper sıvı gibi davranan plazma içinde ışık hızının yarısıyla uzaya yayıldı ve plazma kabarcıkları da o hızda genişledi.
  3. Ancak, genişleyen plazma soğuyarak büzülmeye çalıştı ve tekrar sıkışarak ısındı. Bu süreçte daha çok karanlık maddeyi de merkezine çekti. Bu sırada evren genişlemeye, madde ile enerji yoğunluğu azalmaya ve uzay soğumaya başladı. Sadece karanlık madde topakları ilk toplandıkları yerde kaldı.
  4. Sonra evrenin sıcaklığı 3275 derecenin altına düştü ve bir süre önce süper sıvı özelliğini kaybederek ilkin ses dalgalarının da gittikçe daha yavaş hızla uzayda yayılmasına yol açan plazma kabarcıkları ortadan kalktı. Nötr atomlarının oluşmasıyla birlikte, bunlar normal sıcak gaz kabarcıklarına dönüştü.

İlkin ses dalgaları donup kalıyor

Uzayda vakum böyle oluştu. Artık uzaydaki madde yoğunluğu, ilkin ses dalgalarının Dünya gezegeninin deniz seviyesindeki atmosfer basıncında gibi ses hızıyla bile yayılmasına yeterli değildi. Evrenin doğum müziği susmuştu. Baryon akustik salınımlarından geriye CMB üzerinde eşmerkezli halkalar halinde görülen ve matruşka bebekler gibi iç içe geçmiş olan eşmerkezli gaz küreleri kaldı. Bunlar ilk galaksi çekirdeklerini oluşturacaktı.

İlgili yazı: Öte Gezegenlerde Yeni Uydular Oluşuyor

 

Tolkien haklıydı

Yüzüklerin Efendisi, Hobbit ve Silmarillion’u yazan İngiliz edebiyatçı Tolkien’in amacı; İngiltere’ye Eski Yunan ve Türklerde olan, ama İngilizlerde pek olmayan yaratılış efsanelerini kazandırmaktı. Nitekim Silmarillion’da Ainur’un yaratılış müziğinden söz eder. Oysa modern kozmoloji de galaksilerin ilkin ses dalgalarının yardımıyla oluştuğunu gösterirken Tolkien’in sezgisel zekasını destekliyor.

Bu bağlamda fizikçiler bebek evrendeki maddenin plazmadan gaza geçişini rekombinasyon, yani yeniden birleşme olarak adlandırıyor. Kast ettikleri de atom çekirdeklerinin elektronlarla birleşerek bildiğimiz atomları oluşturmasıdır.

Yeniden birleşme çok önemlidir. Sonuçta ilkin ses dalgalarının izini bulmamızı ve bu sayede ilk galaksileri oluşturan ana faktör olan karanlık madde topaklarının yerini saptamamızı sağlıyor ki karanlık madde, galaksileri bir arada tutan ek yerçekimini de sağlıyor. Bu nasıl oluyor derseniz:

Plazmadaki serbest elektronlar tüm ışık frekanslarıyla etkileşime girebilirler. Ancak nükleer atom yörüngesine giren elektronlar, yalnızca atomik enerji değerindeki ışık frekanslarıyla etkileşime girebilirler. İşte ışıkla madde birbirinden böyle ayrıldı ve evren teknik olarak böyle saydamlaştı. Ancak… İlkin ses dalgalarının enerji izi, atom çekirdeklerinin yörüngesine giren ilk elektronlara kazındı! Biz de şimdi ilkin ses dalgalarının uzayda soğuktan nasıl donduğunu göreceğiz.

İlgili yazı: Büyük Ölüm: Dünyanın En Büyük Felaketi

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

 

Ses dalgalarının donması

CMB anında plazmanın ortadan kalkması ve ses hızının saniyede birkaç yüz metreye düşmesiyle birlikte, baryon akustik salınımlarının şişirdiği gaz topakları da olduğu yerde kaldılar. Öyle ki bunların çapı evrenin genişleme oranına sabitlendi; yani evren ne kadar genişlerse genişlesin, baryon akustik salınımlarının yarattığı gaz küreleri evrenle aynı oranda genişleyecekti.

Peki bu gaz topaklarının maksimum çapı neydi? Doğrusu bu değer küçük evrendeki ses dalgalarının plazma yok olurken ulaşabileceği maksimum uzaklığa eşitti; yani yaklaşık 500 bin ışık yılına… İyi de bu sırada karanlık madde ne yapıyordu? Açıkçası kendi kendine takılıyordu. Unutmayın, karanlık madde sıcaktan etkilenmez ve sıcaktan genleşmez; ama yine de genleşti!

Bu çelişkili durum nasıl ortaya çıktı derseniz, aslında hiçbir çelişki yok; çünkü karanlık madde sıcaktan değil, yerçekimiyle genleşti. Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam yerçekimi adı üstünde, maddeyi kendine çeker. Nasıl olur da maddeyi genleştirir? İşte ilkin ses dalgalarının uzaydaki konumu da bu sorunun cevabında gizlidir:

İlgili yazı: Kelebek Etkisi Kasırgaya Yol Açar mı?

İlkin ses dalgaları karmakarışık bir şekilde birleşerek burgaçlı gaz topları oluşturdu. Bunlar da zamanla galaksi kümelerini oluşturdu.

 

Akustik salınımların izinde

Ses dalgalarının oluşturduğu son gaz kürelerinin çapı 500 bin ışık yılıydı ve bunlar, yerçekimiyle kendi üzerine çöküp topaklanan karanlık madde kürelerinin çevresini sarıyordu. Evren henüz çok küçük olduğu için gaz kürelerinin yoğunluğu yüksek ve yerçekimi güçlüydü. Dolayısıyla çevresini sardıkları karanlık maddeyi kendine çektiler. Bu da karanlık maddenin genleşmesine yol açtı, ama çok değil.

Sonuçta evrendeki karanlık maddenin oranı normal maddeden 5 kat fazladır. Bu yüzden karanlık madde, normal maddeyi kendi üzerine daha büyük bir güçle çekti. Gerçi karanlık maddenin ilk başta biraz genleşmesi, kendisini kuşatan gaz küresinin, karanlık madde üzerine çok hızlı bir şekilde çöküp büzülmesine engel oldu ki galaksilerin oluşumunu da bu hassas dengeye borçluyuz.

Sonuçta karanlık madde gaz küresini çok hızlı bir şekilde kendine çekseydi, normal madde ilk yıldızları ve galaksileri oluşturmadan çok önce çöküp kara deliğe dönüşecekti. Yok, eğer evrende karanlık madde olmasaydı veya karanlık madde kendisini saran gazın yerçekimiyle daha çok genleşseydi başka bir sorun çıkardı. Karanlık madde normal maddeyi sürekli genişleyen evrende bir arada tutamazdı.

Gaz küreleri hem sıcaktan genleştiği, hem de uzay genişlediği için evrene gittikçe daha seyrek olarak yayılır ve dolayısıyla yıldızlar veya galaksiler oluşturacak şekilde asla çökmezdi. İşte evrene bu hassas dengeyi a) karanlık maddenin ışıktan etkilenmemesi ile b) sıcak büyük patlamada oluşan kuantum salınımlarının yol açtığı yoğunluk salınımları neden oldu.

İlgili yazı: 6 Adımda Osiris-Rex Sondası Bennu’da Ne Buldu?

Her nokta yüzlerce galaksi.

 

Laniakea süper galaksi kümesi

Bunlar c) X-ışınlarını ve X-ışınları da ilkin ses dalgalarını doğurdu. Galaksileri oluşturacak döngü işte bu şekilde tamamlanmış oldu. Galaksiler bundan sonra yerçekimi, kara delikler ve galaksi çarpışmalarıyla şekillenerek günümüze geldiler.

Günümüze geldiler derken, evren son 13,78 milyar yılda yaklaşık 1100 kat genişledi. Böylece ilkin ses dalgalarının oluşturduğu son gaz küreleri de bugün 540 milyon ışık yılı çapına ulaştı. Öyleyse ilkin ses dalgaları direkt olarak tek tek galaksilerden değil, yüz binlerce galaksi içeren süper galaksi kümelerinden sorumludur. Bunlardan biri de Samanyolu’nun geçmişte bağlı olduğu yerel süper galaksi kümesi Laniakea’dır (500 milyon ışık yılı çapında).

Öte yandan, evrendeki madde plazmadan gaza geçerken, bütün ilkin ses dalgalarının erişebilecekleri maksimum genişlikteki gaz küreleri oluşturmadığına dikkat edelim. Baryon akustik salınımları adı üstünde, iç içe olan ve bir büzülüp bir genleşen gaz küreleri halinde salınıyordu. Böylece evrende, merkezinde hep karanlık madde olan ve iç içe geçen farklı büyüklüklerdeki gaz küreleri oluştu.

Böylece ilkin ses dalgaları süper galaksi ve standart galaksi kümelerini oluşturacak gaz topaklarını şekillendirirdi. Karanlık madde ise sıcak büyük patlamadaki kuantum salınımlarının yarattığı yoğunluk farklarına bağlı olan güçlü yerçekimi alanlarında topaklandı. Aynı zamanda termal genleşme ve ses dalgalarından da etkilenen karanlık madde topakları sonunda tek tek galaksileri yarattı.

Ses dalgaları ve galaksiler

Biz de ilkin ses dalgalarını bugün gökyüzünde 500 ila 1 milyar ışık yılı çapında olan dev süper galaksi halkaları halinde görüyoruz. Nitekim evrendeki en büyük yapılar ilkin ses dalgası halkalarıdır. 1 milyar ışık yılından daha büyük ölçeklerde ise madde ve enerji evrene neredeyse eşit ölçüde dağılmıştır ki bunu da Alan Guth’un kozmik enflasyon teorisi açıklıyor.

İlgili yazı: Andromeda ve Samanyolu Nasıl Çarpışacak?

 

İlken ses karmakarışıktı

Burada önemli bir hatırlatma yapmak istiyorum: İlkin ses dalgaları, kuantum fiziğindeki Heisenberg’in belirsizlik ilkesi sebebiyle tıpkı ilkin kuantum salınımları gibi rastgele dalgalanıyor ve iç içe geçiyordu. Bu sebeple ilkin ses dalgası küreleri de kusursuz değildi. Daha çok evrende nasırlı yumrulara benzeyen karmakarışık gaz topları oluşturuyordu.

İşte her boydan bu karmaşık gaz topları galaksilerin oluşmasını kolaylaştırdı; çünkü maddenin incelikle karışmasını ve farklı şekillerde galaksiler oluşturmasını kolaylaştırdı. Maddenin kuantum salınımları nedeniyle küçük ölçeklerde dağınık olması ve bu karmaşanın ilkin ses dalgalarıyla büyük ölçeklere taşınması, bugünkü evrende yer alan irili ufaklı 10 trilyon galaksiyi oluşturdu.

Yoksa iş Newton mekaniği ve yerçekiminin pürüzsüz dünyasına kalsaydı, evrende çok daha az sayıda galaksi oluşacak ve bunlar da birbirine çok uzak olacaktı. Madde ve enerji karışımının sınırlanması ise evrende yaşamın ortaya çıkmasını çok zorlaştıracaktı.

Evet, bizler bugün kuantum fiziği ile yerçekimini tanımlayan görelilik teorisini tek denklemde birleştiremiyoruz; ama ikisinin birlikte çalışarak galaksileri nasıl yarattığını görüyoruz. Bu karmaşaya ek olarak evrenimiz de bir anda plazmadan gaz haline geçmedi. Bu dönüşüm binlerce yıl sürdü ve bazı bölgeler daha önce gaz haline geçerken, bazı bölgeler plazma halini daha uzun süre korudu. Biz de galaksilerin oluşmasını sağlayan bu kozmik yemek tarifini görelim:

İlgili yazı: Gezegen Avcısı TESS 3 Yeni Öte Gezegen Buldu

 

Kozmik galaksi tarifi

İlkin ses dalgası halkalarının iç içe geçen farklı büyüklüklerdeki kürelerden oluşmasının ikinci nedeni plazmanın zamanla gaza dönüşmesidir. Biz de genişleyen evrende ışığın kırmızıya kaymasını kullanarak uzayı yıllarca gözlemledik ve galaksilerin bize uzaklığını ölçerek galaksi kümelerinin evrene halkalar halinde yayıldığını ortaya çıkardık. Oysa bu bile galaksi halkalarını görmeye yetmezdi.

Evrendeki ilkin ses dalgalarıyla bugünkü süper galaksi kümeleri arasında bağ kurmak için bir şey daha gerekiyordu. Bunun için galaksileri oluşturan maddenin, kuantum salınımlarına bağlı yoğunluk farklarıyla topaklanmış olan karanlık madde öbeklerinin merkezinde toplandığını varsaydık. Öyle ki normal maddenin tıpkı suda dibe çöken taş gibi, karanlık maddenin merkezine çöktüğünü düşündük.

Bunun için uydumuz Ay’ın yüzeyini süsleyen kraterlere bakabilirsiniz. Ay kraterleri halka şekillidir; ancak tam ortalarında krateri açan uzay kayasının yarattığı bir tepe vardır. İşte bilim insanları da halkaların ortasındaki boşlukta, galaksilerin toplandığı merkez noktalar olduğunu varsaydılar. Hatta halkaların çapını bu noktaları merkez alarak hesapladılar.

Elbette ki ilkin ses dalgası halkaları ile Ay kraterleri çok farklı süreçlerle oluşuyor; ama halkaların neye benzediğini kafanızda canlandırmak için bunları Ay kraterlerine benzetebilirsiniz. Dahası, halkaların kesiştiği yerlerde galaksi sayısının ve dolayısıyla madde yoğunluğunun arttığını varsayabilirsiniz. Gerçekten de son 19 yılda evreni Sloan Dijital Gök Taraması’yla incelerken bu halkaları gördük. Öyleyse evrenin halka haritasını nasıl çıkarıyoruz? Halkaların uzaklığını ölçerek tabii. Haydi ölçelim!

İlgili yazı: Sıcaktan Buharlaşan Yumurta Gezegen WASP-121b

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Evren genişledikçe ışık kırmızıya kayıyor ve bu da galaksilerin uzaklığını saptamamızı sağlıyor. ne kadar uzaksa ışığı o kadar kırmızı. Büyütmek için tıklayın.

 

Kozmik kartografi

Gökyüzüne baktığımızda iç içe geçen milyonlarca halka görüyoruz. Oysa görmekle evrenin haritasını çıkarmak farklı şeyler. Örneğin, iç içe geçen milyonlarca halkanın hangisinin bize daha yakın olduğunu milyarlarca ışık yılı uzaktan nasıl anlıyoruz? Bunun için gereken derinlik algısını bilgisayarlarda nasıl yaratıyoruz? Nitekim Caddebostan sahilden Adalar’a bakabilirsiniz; ama gözünüz hangisinin daha uzak olduğunu seçemez.

Galaksi halkalarının haritasını çıkarmak üzere ve resimde görüldüğü gibi; evrenin bizden farklı uzaklıklarda olduğunu bildiğimiz dilim dilim fotoğraflarını çektik. Bunlar farklı derinlikteki dilimlerdi ki her dilimin bize olan ortalama uzaklığını kuasarlara bakarak ölçtük. Ardından dilimlerdeki halkalara tek tek zum yaptık ve bunların içindeki galaksilerin birbirine olan kuşbakışı uzaklığını ölçtük.

Sonuçta fotoğraf karelerinin genişliğini ve bize uzaklığını bildiğimiz için kuşbaşı uzaklıkları ölçmemiz mümkün oldu. Gerçi bu ölçümler birbirinin yanında, çaprazında, önünde ve arkasında yer alabilecek galaksilerin birbirine uzaklığını veremezdi. Ancak, halkaların kesiştiği noktalar ile halka merkezlerinde artan galaksi yoğunluğunu gayet net gösterirdi.

Doğrusu bu, süper bilgisayarlarla bile uzun yıllar alan zor bir işlemdi; ama sonunda ilkin ses dalgalarından türeyen süper galaksi halkalarının şeklini ve bize gerçek uzaklığını ölçmemizi sağladı. Oysa bu aşamada da bir hile yaptık.

İlgili yazı: Uydumuz Ay ve Gaz Devi Jüpiter Nasıl Oluştu?

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Büyük patlamadan kalan ilkin ses dalgalarını bugünkü süper galaksi halkalarında arıyoruz.

 

Kozmik harita hilesi

Galaksiler ne kadar uzaksa ışığının da o kadar büyük ölçüde kırmızıya kayacağını biliyorduk. Böylece ortaya çıkardığımız halkaların içindeki galaksileri uzaklığına göre grupladık. Bu da herhangi bir fotoğraf dilimindeki halkaların bize olan gerçek uzaklığını saptamamızı sağladı.

Ardından halkaların göbeğindeki galaksi kümelerini (karanlık madde topaklanmasına bağlıdır) ve halka kenarlarının kesişme noktalarını saydık (halkalar ses dalgalarına bağlıdır). Nitekim bu son veri, süper galaksi halkalarının gerçekten büyük patlamadan kalan ses dalgaları ile oluştuğunu gösteren teorimizi kanıtlamayı sağladı:

Nitekim halka kesişme noktalarındaki galaksi sayısı, halka merkezlerindeki galaksi sayısından biraz daha azdı. Sonuçta evrendeki en güçlü yerçekimini halkaların ortasındaki karanlık madde topakları yaratıyor. Öyle ki hiçbir halka kesişme noktası, karanlık maddenin çekimiyle oluşan halka merkezlerindeki galaksi kümelerinden daha çok sayıda galaksi içeremez.

Bu fark ilk olarak Sloan taramasıyla 2005 yılında kuzey yarımkürede ve 2DF taramasıyla da güney yarımkürede tespit edildi. Bütün bu sonuçlar yakın tarihlerde WiggleZ BAO ve 6dF taramalarıyla kesinleşip teyit edildi. Böylece ilkin ses dalgalarının evrendeki varlığı kanıtlanmış oldu.

İlgili yazı: Mars’ta Bulunan Metan Gazı Hayat İzi mi?

 

İlkin ses dalgaları neden önemli?

Gerçekten de bilim insanları ilkin ses dalgalarını neden bu kadar önemsediler? Teoriyi 2005’te kanıtladıktan ve verileri 2012’de kesinleştirdikten sonra, teleskop bütçesini neden başka alanlara kaydırmadılar? Hangi akla hizmet, gittikçe daha kesin veriler toplamaya çalıştılar?

Bunun sebebi, evrenin son 5 milyar yılda gittikçe genişlemesinden sorumlu olan karanlık enerjinin varlığını kanıtlamaktı. Sonuçta evrendeki uzaklılıkları ölçmekte kullanılan süpernova verileri, evrenin genişlemesinin son 5 milyar yılda hızlandığını gösteriyordu.

Ancak, bu kadar büyük bir iddianın karanlık enerjiden bağımsız olan bir yöntemle teyit edilmesi gerekiyordu. Evren 380 bin yaşındayken uzaya yayılan ilk ışıkta donan ilkin ses dalgası halkalarının, yani baryon akustik salınım halkalarının genişliği ise evrenin genişleme oranına sabitlenmişti. Öyle ki evrenin belirli bir andaki genişleme hızıyla galaksi halkalarının genişleme hızı doğru orantılıydı.

Dolayısıyla bilim insanları karanlık enerjiyi baryon akustik salınımlarıyla test ettiler. Evrenin geçmişteki genişleme oranı ve bugünkü genişleme hızını hem karanlık enerji teorisiyle hesapladılar, hem de gökyüzündeki ilkin ses dalgalarının bugünkü ve geçmişteki büyüklüğüne bakarak ölçtüler. Sonuç belliydi: Karanlık enerji teorisi doğrudur ve bu baryon akustik salınımlarıyla kanıtlanmıştır.

İlgili yazı: İlkin Karanlık Madde Evrenden Eski Olabilir mi?

Büyük-patlamadan-kalan-ilk-ses-dalgaları

Evrenküre.

 

İlkin ses dalgaları ve karanlık enerji

Şimdi sıra, büyük patlamadan kalma ses dalgalarının yarattığı galaksi halkalarının, evrenin çocukluğu ve yetişkinliğindeki büyüklüklerini çok daha kesin olarak hesaplamakta. Bunu yapmamız gerekiyor; çünkü karanlık enerji fizikte yine kriz çıkardı (bir rahat dursa artık). 🙂

Bu nasıl bir kriz derseniz: Evrenin çocukken ne kadar hızlı genişlediğini gösteren kuasar uzaklık ölçümleri ile gençken ne kadar hızlı genişlediğini gösteren süpernova ölçümleri birbiriyle uyuşmuyor. Bizler evrenin ikinci büyük patlamadan sonra, yani sıcak büyük patlamadan sonra ışıktan yavaş bir hızda; ancak ilk zamanlarda ışık hızına yakın bir hızda genişlediğini biliyoruz.

Ancak, kuasarlara göre evren ilk bir milyar yıl içinde sanılandan daha hızlı genişledi: Ya büyük patlamadan sonra bir süre için genişlemesi ışıktan yavaş olmakla birlikte biraz hızlandı veya genişlemenin yerçekimi etkisiyle yavaşlaması daha uzun sürdü.

Oysa evrenin genişlemesini hızlandırmak veya yerçekimine rağmen yavaşlamasını geciktirmek için bize karanlık enerji lazım. Bu çelişkiyi açıklamak için de karanlık enerji şiddetinin zamanla arttığını ve evrenin 22 milyar yıl sonra büyük yırtılma ile parçalanarak yok olacağını kabul etmek gerekiyor.

Büyük patlamanın sesi

İlgili yazı: Kuantum Darwinizm: Evren Doğal Seçilimle mi Oluştu?

 

Kurtar bizi ses dalgaları,

Öte yandan, baryon akustik salınımları kuasar ölçümleri ve/veya süpernova ölçümlerinin hatalı olduğunu gösterebilir. Böylece iki ölçümü bağdaştırarak bizi karanlık enerji şiddetinin zamanla artmakta olduğunu kabul etmekten kurtarabilir.

Peki karanlık enerji şiddetinin zamanla artıyor olma ihtimali, evrenin parçalanarak yok olacak olması bir yana, neden bilim insanlarını bu kadar rahatsız ediyor? Açıkçası modern fiziğe göre karanlık enerji şiddetinin sabit olması gerekiyor. Fizikçiler de yeni bir fizik icat edip bugünkü fiziğin 120 yıllık kazanımlarını çöpe atmadan önce, bu durumu bilinen fizik çerçevesinde açıklamak istiyor.

Sıra dışı iddialar sıra dışı kanıtlar gerektirdiği için fizikçiler yepyeni bir fizik geliştirmeden önce, bütün makul açıklamaların yanlış olduğunu görmek istiyor. Ayrıca ilkin ses dalgalarının galaksi oluşumunu açıklaması, bilimin doğayı açıklamak için ne kadar güçlü ve yararlı bir araç olduğunu da gösteriyor.

Özetle evrendeki dev süper galaksi halkalarının, aslında uzay-zamanda oluşan ilkin ses dalgalarının donmuş kalıntısı olduğunu bilmek insana son derece şiirsel geliyor. 🙂 Peki kütle ve enerji nedir? Ya zamanın kökeni nedir ve zaman büyük patlamayla mı akmaya başladı? Bütün bunların yanıtını şimdi görebilir ve kuantum silgisi ile geçmişi silip silemeyeceğinize bakabilirsiniz. Keyifli okumalar.

Kozmik mikrodalga artalan ışıması nedir?


1Baryon Acoustic Oscillation Intensity Mapping of Dark Energy
1Angular Baryon Acoustic Oscillation measure at z=2.225 from the SDSS quasar survey
3Baryon acoustic oscillation methods for generic curvature: Application to the SDSS-III Baryon Oscillation Spectroscopic Survey

One Comment

Add a Comment

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir