Kozmik Artalan Evrenin Genişlemesini Nasıl Gösteriyor?
Astrofizikçiler evrenin genişleme hızını büyük patlamada oluşan ilk ışık olan kozmik mikrodalga artalan ışımasıyla nasıl ölçüyor? Kozmik artalan olarak kısaltabileceğimiz CMB evrenin büyük patlamayla oluştuğu anı gösteriyor. Evrenin büyük patlamadaki sıcak ve soğuk bölgelerini gösteren benekli CMB ısı haritası evren 380 bin yaşına geldiğinde uzaya yayılan ve 13,77 milyar yıllık yolculuktan sonra bize ulaşan ışıktan oluşuyor. Evren 380 bin yaşındayken uzayın sıcaklığı, madde ve enerji yoğunluğu nihayet azaldı. Boş uzayın oluşması ve evrenin saydamlaşması sonucunda ışık uzaya yayıldı.
Kozmik artalan ve evrenin genişlemesi
Evrenin nasıl oluştuğu ve bugüne nasıl geldiğini anlamak için büyük patlamadan bu yana ne hızla genişlediği ile genişleme hızında değişiklik olup olmadığını bilmemiz lazım. Nitekim galaksiler bizden ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşıyor. Biz de evreni film gibi geri sararsak tüm galaksilerin tek bir noktada toplanacağını düşünüyoruz. Evren büyük patlamayla oluştu ve o zamandan beri genişliyor. Bu yüzden evrenin genişleme hızını kozmik artalan ışımasıyla ölçmek büyük önem taşıyor.
Evrenin genişleme hızı bize sadece nasıl oluştuğunu göstermiyor, gelecekte nasıl yok olacağını da gösteriyor. Örneğin karanlık enerji yüzünden evrenin son 6 milyar yılda gittikçe hızlı genişlediğini biliyoruz. Uzay genişlerken galaksiler tıpkı şişen balona çizilmiş noktalar gibi birbirinden her yönde uzaklaşacak. Madde ve enerjinin aşırı seyrelmesiyle evren soğuk ve boş bir yere dönüşecek.
Oysa bir sorun var… Evrenin genişleme hızı ve dolayısıyla yaşını ölçmek için yıldızlar, süpernovalar, galaksilerin uzaklığını çeşitli şekillerde ölçüyoruz. Bunların eskiden ne kadar yakın olduğunu çıkarıyoruz ama yıldızlar, süpernovalar ve evrenin gençliğinde var olan kuasarlarla yapılan ölçümler uyuşmuyor. Evrenin genişlemesi gençken yavaşlamış, sonra hızlanmış ve son 6 milyar yıldır da devamlı hızlanıyor gibi gözüküyor. Bu da evrenin nasıl oluştuğunu anlamayı zorlaştırıyor.
Kozmik artalan ve evrenin kökeni
Öte yandan kozmik mikrodalga artalan ışıması (CMB) bize evrenin büyük patlamadaki halini gösteriyor. Evrenin genişleme hızını CMB’ye göre ölçersek bunu diğer hız ölçüm yöntemleriyle bağdaştırabiliriz. Klasik görüşe göre evren büyük patlamadan önce ışıktan hızlı şişmiş, büyük patlamadan sonra ışıktan yavaş hızla ve gittikçe yavaşlayarak genişlemeye devam etmiştir. Genişleme hızı son 6 milyar yılda karanlık enerjiyle hızlanmaya başlamıştır. Bebek evrenden kalan kuasar ölçümlerini buna uydurmamız gerekiyor. CMB ile evrenin ne hızda genişlediğini kesen ölçersek bunu yapabiliriz:
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Genişleme hızını nasıl ölçeriz?
Evren büyük patlamada çok sıcak ve yoğundu. Madde ve enerji rastgele kuantum salınımlarının CMB’de yarattığı benekler dışında uzaya eşit dağılmıştı. Kısacası bebek evren çok küçük, sıcak ve homojendi. 1) Evren genişledikçe ışık, ısı ve diğer radyasyonu oluşturan elektromanyetik dalgalar uzay genişlerken lastik gibi gerildi. Radyasyonun frekansı azaldı, dalga boyu uzadı ve evren soğudu.
2) Evren genişlerken hacmi attı, madde ve enerji yoğunluğu azaldı. 3) Evren genişledikçe uzay boşluğu ortaya çıktı ve galaksiler arasında boşluklar oluştu. Bu yüzden evren homojen değil, dağınık bir hal aldı. Galaksiler arasındaki boşluk büyüdü. Nitekim madde ve enerji büyük ölçeklerde uzaya eşit dağılmıştır ama aslında evreni bir örümcek ağı gibi sarar. Örümcek ağı ipliklerinin arasında ise boş uzay var.
Evrenin genişlemesi içindeki madde ile enerjinin dağılımı, galaksilerin dağılımı ile şekliyle yakından ilişkilidir. Genişleme hızlandıkça galaksilerin daha hızlı uzaklaşması ve yavaşladıkça galaksilerin de daha yavaş uzaklaşmasını beklersiniz. Evrenin genişleme hızını uzaklık merdiveni ve kozmik yadigarlar yoluyla ölçeriz. İlki yıldızlar, süpernovalar ve galaksilere bağlıdır. İkincisi ise genç evrendeki hiperaktif süper kütleli kara deliklerin, yani kuasarların parlak ışığına bağlıdır. Peki uzaklık merdiveni nedir?
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Kozmik artalan ve standart mumlar
Bunun için standart mumlar sınıfına giren, yani parlaklığı enerji ile sıcaklığına bağlı olan gökcisimlerini kullanırız. Böylece gerçek parlakları ve dolayısıyla ne kadar uzak olduklarını biliriz. Bu da evrenin büyüklüğünü verir. Işık hızı sınır olduğu ve ne kadar uzağa bakarsak o kadar eskiyi göreceğimiz için uzak yıldızlar evrenin eskiden ne kadar büyük olduğunu da gösterir. Bu da evrenin büyük patlamayla oluştuktan sonra geçen 13,77 milyar yılda ne zaman ne hızda genişlediğini ölçmemizi sağlar.
Standart mumlar yıldızlar ve süpernovalardır. Bunların gerçek uzaklığını belirlemek ise Dünya’nın işidir. Parlak yıldızlar uzaktan görünür ve bize çok yakın olan soluk yıldızları görmek de mümkündür. Öte yandan Dünya Güneş’in çevresinde döner ve yıl içinde konumu değişir. Bu da aynı yıldızlara yıl içinde farklı açılardan bakarak stereoskopik görüş kazanmak, yani yıldızları üç boyutlu görüp uzaklığını ölçmek anlamına gelir. Ardından mutlak parlaklıklarını ölçer ve uzaklığını bildiğiniz yıldızlara bakarak daha da uzak yıldızların uzaklığını da ölçersiniz.
Bu yöntemi kullanarak süpernova görülen galaksilerin uzaklığını da ölçmek mümkündür. Özellikle de parlaklığı yıl içinde düzenli olarak değişen yıldızlar (Sefe yıldızları, RR Lyrae ve bazı dev yıldızlar) galaksilerin uzaklığını ölçmenizi kolaylaştırır. Diğer galaksilerdeki yıldızlar o galaksilerin uzaklığını ve kendi çevresinde dönme hızını gösterir. Galaksi parlaklığındaki değişimleri de ölçmenizi sağlar. Kısacası kozmik merdivendeki standart mumlar galaksilerin uzaklığını ince ayar yaparak ölçmenize imkan verir. Kadim yadigarlar yöntemi ise evrenin genişlemesini ölçmenin daha detaylı bir yoludur:
İlgili yazı: Süper Dünyalar İnsanların Yerleşmesine Uygun mu?
İlk ışık ve kusarlar
Antik yadigarlardan kastımız hiperaktif süper kütleli kara deliklerdir (kuasarlar). Bunlar kozmik mikrodalga artalan ışıması (CMB) ve 12,5 milyar yıl önce, yani evren yaklaşık 1 milyar yaşındayken oluşmuştur. Kuasarlar gözlemleyebildiğimiz en eski gökcisimleri olduğu için genç evrenin ne kadar hızlı genişlediği hakkında bilgi verir. CMB ise evrenin büyük patlamadan sonra 380 bin yaşına gelinceye kadar ne hızda genişlediğini gösterir. Nitekim karanlık enerjinin şiddeti artıyor mu yazısında belirttiğim gibi yakın zamana dek evrenin genişlemesinin sadece 6 milyar öncesinden itibaren hızlandığını sanıyorduk.
Oysa uzaklık merdiveni ölçümlerine göre evren her 3,26 milyon ışık yılında 73-74 km/sn hızla genişliyor. Kuasar ve CMB ölçümlerine göre ise saniyede 67-68 km hızla genişliyor. Bunlarda hata payı maksimum yüzde 2 ama aradaki fark yüzde 9’dur. Bunlar o kadar kesin ölçümler ki yanlış olduğunu sanmıyoruz fakat görülen farkı açıklamak gerekiyor. Evren büyük patlamadan sonra yavaş genişlerken kuasar çağında hızlanıp tekrar yavaşladıktan sonra 6 milyar yıl önce yine hızlandıysa bunu açıklamak zordur:
Bunu karanlık enerji şiddetinin zamanla değişmesiyle açıklamaya kalkarsak çok daha büyük sorunlar çıkar. Evren genişledikçe ışık kırmızıya kayıyor ve sıcaklık düşüyor. CMB ışığı uzaya yayıldığında evrenin sıcaklığı 3000 dereceydi ve şimdi -270,5 derece! Bunu ışığın kırmızıya kaymasıyla birleştirirsek evrenin o zamandan beri ne kadar genişlediğini görebiliriz:
İlgili yazı: 18 Ayda Nasıl 24 Kilo Verdim?
Kozmik artalan için sonsöz
CMB ısı haritasındaki sıcaklık farklarını gösteren beneklerin büyüklüğü ve dağılımı evrenin yüzde 5 madde (ve az miktarda antimadde), yüzde 27 karanlık madde ve yüzde 68 karanlık enerjiden oluştuğunu gösteriyor. CMB evrenin bugüne dek ne hızda genişlediğini de gösteriyor. Aksi takdirde ve karanlık madde ile karanlık enerjinin oranı farklı çıkardı. Normal madde ise galaksileri oluşturduğu için miktarını kesin biliyoruz.
Bu ne anlama geliyor hocam derseniz… CMB evrenin hem eskiden ne hızda genişlediği hem de bugün ne hızda genişlediğini gösteriyor. Bunu ışığın kırmızıya kaymasına bakarak görüyoruz. Bu nedenle evrenin sonraki yıllarda görülen genişleme hızının CMB ile uyuşmaması sorun çıkarıyor. Bunu açıklamanın iki yolu var: Ya karanlık enerjinin şiddeti zamanla değişiyor ki büyük beladır ya da evrenin genişleme hızını yanlış ölçüyoruz (oysa düşük hata payına göre doğru ölçüyor olmalıyız).
Her durumda artık CMB ile evrenin genişleme hızını nasıl ölçtüğümüzü biliyorsunuz. Belki de bu uyuşmazlıklar gerçek ve evrenin büyük patlamayla nasıl oluştuğunu açıklamak için bize yeni bir fizik gerektiğini gösteriyor. Her zamanki gibi konunun takipçisi olarak yeni gelişmeleri size duyuracağım. Siz de evren küçülürse zaman tersine akar mı diye sorabilir, fraktal evren teorisinin nasıl çalıştığına bakabilir ve evrenin genişleme hızındaki uyuşmazlığın vahim sonuçlarını araştırabilirsiniz. Sağlıcakla ve bilimle kalın. Güç sizinle olsun. 😊
Kozmik artalan nedir?
1Hubble constant difference between CMB lensing and BAO measurements
2The Hubble constant and sound horizon from the late-time Universe
3Reconciling Hubble Constant Discrepancy from Holographic Dark Energy
