Sefe Değişenleri ile Evrenin Yaşını Nasıl Ölçüyoruz?

Gözlemlenebilir evren 13 milyar 780 milyon yaşında ve 92 milyar ışık yılı çapında. Evren o kadar büyük ve yaşlı ki biz çelimsiz insanların Yeryüzünden bakınca görebildiğimiz en uzak noktaya uzanan gözlemlenebilir evrenin çapını ölçmesi imkansız görünüyor. Evren büyük patlamayla oluştu, ama gökyüzünde evrenin başlangıç anını gösteren havai fişek gösterisi gibi doğrudan bir kanıt bulunmuyor. Ancak, Sefe Değişenleri denilen özel yıldızlarla evrenin yaşı ve büyüklüğünü ölçebiliyoruz. Peki Sefeitler nedir ve nasıl çalışır? Evrenin yaşını ölçmekte kullanılan astronomi tekniklerini görelim.

Sefe Değişenleri ve evrenin büyüklüğü

İnsanlar yirminci yüzyılın başlarına dek evrenin ezeli ve ebedi olduğunu düşündüler. Ne de olsa 195 bin yıllık insanlık geçmişinde gece göğüne çıplak gözle baktıklarında hemen hiç değişmeyen bir yıldız manzarası görüyorlardı. Güneş’in her gün Doğudan doğması, günler, aylar, yıllar gibi değişmez periyodik bir düzen vardı ve bu düzeni Eski Yunan filozofları kristal küreler tasarımıyla idealleştirmişti.

İnsanlar bu düzene o kadar gönülden inanıyordu ki kuyrukluyıldızlar gibi gökyüzünde geçici olarak görünen cisimler kozmik düzeni bozan uğursuzluk işaretleri olarak görülüyordu. Kurumsal dinler de evrenin ezeli ve ebedi olduğunu savunuyordu ama yirminci yüzyılda kullanıma giren güçlü teleskoplarla işin rengi değişti. Bunlar uzayda çok daha uzakları göstererek gerçeği ortaya çıkardılar:

Ünlü Amerikalı astronom Edwin Hubble, hani şu uzay teleskopuna adını veren Hubble, evren hakkındaki görüşlerimizi iki kez kökten değiştirdi: Önce evrenin sandığımızdan çok daha büyük olduğunu öğrendik ve sonra da evrenin büyük patlamayla oluşup sürekli genişlemekte olduğunu fark ettik. Hubble 1924’te yayınladığı Sarmal Bulutsuda Sefe Değişenleri makalesinde evrenin sadece Samanyolu’ndan oluşmadığını, galaksimizin ötesinde başka galaksiler de olduğunu gösterdi.

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

 

Sefe değişenleri ve genişleyen evren

Eskiden Samanyolu’ndaki uzay bulutları olduğunu sandığımız bulanık şekiller (bulutsular) yeni teleskoplarla artık netleşmişti. Bunların her biri milyarlarca yıldız içeren ve uzayda yüzen gökadalardı (gerçi yıldızada demek daha doğru olabilir). Hubble 1929 yılında yayınladığı diğer makalede ise Sefe Değişenleri denilen yıldızlara bakarak evrenin genişlemekte olduğunu gösterdi.

Hubble Yasası uyarınca yerel galaksi grubumuz dışındaki bütün galaksiler bizden uzaklaşıyordu. Üstelik ne kadar uzaksa o kadar hızlı uzaklaşıyordu. Demek ki evrenin filmini Netflix gibi sarabilseydik geçmişteki başlangıç anında bütün galaksilerin üstümüze gelerek tek noktada toplanacağını görecektik.

Böylece evrenin belki sonsuza dek yaşayacağını ama ezelden beri var olmadığını, sonlu yaşta olduğunu gösteren büyük patlama teorisi geliştirildi. Bugün bizden uzaklaşmakta olan galaksiler evrenin küçücük bir nokta olduğu sıfır anında, sanki büyük bir patlamayla uzaya savrulmuştu ve işte bu yüzden bizden hâlâ uzaklaşıyordu. Evren büyük patlamayla oluştu.

Biz de büyük patlamayı ve ona yol açan kozmik enflasyonu önceki yazılarda gördük. Bu yazıda ise başta Sefe Değişenleri ve diğer astronomi tekniklerinden yararlanarak son 100 yılda evrenin yaşını nasıl ölçtüğümüzü göreceğiz. Evren 13,78 milyar yaşındadır. Peki bunu nereden biliyoruz?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Felsefenin bilimle birleştiği an

18. yüzyılda aydınlanmacı Alman felsefesinin kurucusu olan doğa filozofu Immanuel Kant; Samanyolu’nun ötesinde başka galaksiler, kendi deyimiyle evren adaları olabileceğini söyledi. 1920’lerde ise evrenin 13,78 milyar yıllık inanılmaz yaşını ve 92 milyar ışık yılı çapta olan muazzam büyüklüğünü gösteren yol açıldı. Önce Vesto Slipher, o zamanlar galaksi olduğunu bilmediğimiz için sarmal bulutsu dediğimiz cisimlerin gökte bizden inanılmaz hızlarla uzaklaşmakta olduğunu gördü.

Bunu Doppler Etkisi denilen ışık olgusuna bakarak tespit etti ve galaksilerin uzaklaşma hızını ışığın kırmızıya kaymasıyla ölçtü. Sonuçta galaksiler uzaklaşırken onlardan gelen ışık dalgalarının arasının açılması ve evrenin genişliyor olması deneniyle ışığın dalga boyu uzuyordu. Bu da görünür ışıkta kısa dalga boyları olan orijinal galaksi ışığının solmasına ve kırmızıya kaymasına yol açıyordu. Nasıl dersek:

1. A) Galaksinin ışık tayfında (bant genişliğinde) kırmızıya kayma ne kadar büyük bir alanı kaplıyorsa galaksiler o kadar uzaktı ve B) Galaksinin ışığı ne kadar yüksek oranda kırmızıya kayıyorsa o kadar hızlı uzaklaşıyordu (görünür ışığın tayf üzerinde hızlı renk geçişleriyle kırmızıya kayması olarak düşünün).

Ancak unutmayın! O yıllarda evrenin genişlemekte olduğunu, neden ve nasıl genişlediğini ve devasa büyüklüğünü bilmiyorduk. Bu yüzden Hubble A maddesinden yola çıkmak yerine, Sefe Değişenleri denilen ve parlaklığı periyodik olarak artıp azalan yıldızları kullanarak galaksilerin bize uzaklığını hesaplamaya başladı. Sonuçta en az bir galaksinin bize uzaklığını bilmeden kırmızıya kayma için taban değer belirleyemez ve A tekniğini kullanarak diğer galaksilerin uzaklığını ölçemezdik.

Sefe Değişenleri nasıl parlıyor?

Bu yıldızların parlaklığının azalıp artma hızı parlaklıklarına bağlıdır. Siz de azalma ve artış periyodunu ölçerek yıldızın gerçek parlaklığını ölçebilirsiniz. Bunu diğer yıldızlarla yapamayız; çünkü parlaklıkları bize uzaklıklarına bağlı olarak değişir. Yıldızın uzaklığını bilmeden de gerçek parlaklığını bilemeyiz; ama Sefe Değişenleri ile galaksimizdeki yıldız kümeleri ve galaksilerin uzaklığını ölçüp bu kümelerle galaksilerdeki yıldızların ortalama uzaklığını dolaylı olarak saptayabiliriz.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Hubble’ın keşfi ve Sefe Değişenleri

Sonuç olarak Hubble galaksilerin bizden milyonlarca ışık yılı ve bazılarının da daha uzak olması gerektiği sonucuna vardı. Siz de evrendeki uzaklıkları ölçmekte kullandığımız Standart Mumlara, uzaklık ölçek merdivenine ilgili yazıda bakabilirsiniz.

Sefe Değişenleri standart mumlardan biridir ama bunların menzili sınırlıdır. Sefe Değişenleri ile en fazla 161 milyon ışık yılı uzaktaki galaksilerin uzaklığını ölçebiliriz. Bu yıldızları daha uzaktan göremeyiz ve daha uzak galaksiler için süpernova ışığını kullanırız.

Ancak, bu yazıda evrenin büyüklüğünü nasıl ölçtüğümüzü değil, evrenin yaşını nasıl ölçtüğümüzü özellikle de bilim tarihiyle anlatıyoruz. Bu sebeple Sefe Değişenlerine odaklanacağım ki öncelikle bir yıldızın parlaklığı ve rengi direkt olarak sıcaklığına bağlıdır.

Bu da gerçek parlaklığı bilinen yıldızların sıcaklığını ölçebileceğimiz anlamına gelir. Yıldızın sıcaklığı da kütlesine bağlı olduğundan parlaklığa bakarak kütlesini ve dolaylı olarak da çapını ölçebiliriz: Çekirdeği çok sıcak olan yıldızlar hızla genleşir ama sadece çok ağırsa çok sıcak olabilir. Bu da yıldızın büzülerek sıcaklığına göre küçük olmasına yol açar. Dahası genleşen yıldızın yüzey sıcaklığı düşer. Gezegenler bize böyle yardımcı olmuyor ama yıldızlar kendi ışığını ürettiği için astronomik kıyak yapıyor. 😊

İlgili yazı: Virüsler Canlı mı ve RNA Yaşamın kökeni mi?

 

Sefe Değişenleri ve bilim kadınları

Oysa erkek egemen toplum baskısıyla 21. yüzyıla dek bilim kadınlarının katkıları yeterince tanıtılmamıştır. Örneğin Sefe Değişenlerini Slipher bulmadı: 1908’de bilim kadını Henrietta Swan Leavitt, Büyük ve Küçük Macellan galaksilerindeki binlerce yıldızı tek tek inceleyerek bazı yıldızların parlaklığının düzenli olarak değiştiğini buldu. Böylece yıldızın gerçek parlaklığı ile görünen parlaklığını karşılaştırarak yıldızın ve bulunduğu galaksinin uzaklığını ölçmeye başladık.

Sefe Değişenleri adını Kral Takımyıldızında (Cepheus) bulunan Delta Cephei (Delta Sefei) yıldızından alıyor. Bu yıldızı ve parlaklığının değiştiğini 1784’te John Goodricke keşfetti. Leavitt parlaklık periyodu ile gerçek parlaklık arasındaki ilişkiyi buldu. Parlaklığının neden düzenli değiştiğini 1917’de Arthur Stanley Eddington açıkladı ama iyonize helyum valfi mekanizması detaylarını 1953’te S. A. Zhevakin ortaya koydu. Gördüğünüz gibi bilimsel gelişmeler kuşaklara yayılan bir grup çalışmasıdır. 😊

Peki yıldızların parlaklığı neden değişiyor? Özetle bu durum yıldızların neden ısı ve ışık saçtığına bağlıdır. Yıldız çekirdeğindeki ısı ve basınç çok yüksektir. Böylece hidrojen atomları birleşerek (kaynaşarak) daha büyük olan helyum atomları sentezler. Buna nükleer füzyon deriz. Nükleer füzyon yıldızı ısıtan enerjiyi sağlar. Nitekim bütün yıldızlar içerdiği gazın muazzam ağırlığıyla içe çöküp nötron yıldızı veya kara deliğe dönüşmek ister ama çekirdeğin ürettiği enerji onları ısıtarak gazları genleştirir.

Ana sıralamadaki yıldızlar gazın çökmesi veya sıcaktan genleşerek uzaya dağılması arasında bir denge kurar. Bu yüzden ana sıralama yıldızlarının çapı pek değişmez ama yıldızlar yaşlandıkça daha sıcak ve parlak olurlar. Örneğin Güneşimiz 5 milyar yıl önce oluştu ve o zamana göre yüzde 10 daha parlak ve sadece 1 milyar yıl içinde yüzde 10 daha parlak olarak Dünya’daki hayatı yok edecek.

Peki bu neden oluyor?

Yıldız çekirdeğindeki bütün hidrojen helyuma dönüşünce çekirdekteki füzyon reaksiyonları geçici olarak durur; çünkü çekirdek helyum atomlarının kaynaşarak karbon ve oksijen üreteceği kadar sıcak değildir. Helyum atomları hidrojenden ağır olduğundan kaynaşmak için daha yüksek sıcaklık ister. Ancak, füzyon durunca yıldız soğumaya ve çöküp büzülmeye başlar. Böylece çekirdeğinde helyum yakmaya başlar. Çekirdeğindeki hidrojeni tüketen yıldızlar yaşlanıp ana sıralamadan çıkarlar.

İlgili yazı: Periyodik Tabloda Keşfedecek Kaç Element Kaldı?

 

Sefe Değişenleri iki türlü oluyor

Sefe Değişenlerinin iki ana türü bulunuyor ve evrenin yaşını ölçmek açısından bizi sadece biri ilgilendiriyor; ama buna geçmeden önce parlaklığı düzensiz olarak değişebilen iki yıldız grubuna bakalım. Böylece Sefe Değişenlerini daha iyi anlarız:

1) Kırmızı devler: Çekirdeğinde helyum yakan yıldızlar aşırı ısınarak genleşir; çünkü helyum füzyonu daha çok enerji üretir. Yıldızın yüzeyi genleşince yüzey alanı artar ve dolayısıyla yüzey sıcaklığı düşer. Yıldız kırmızı renge bürünür. Bu tür yıldızların parlaklığı değişir; çünkü çekirdekteki helyum bitince daha fazla büzülerek çekirdeğin hemen dışındaki hidrojen katmanını yakarlar ve sonra da bunun dönüştüğü helyum katmanını… Bu süreç çekirdekteki nükleer füzyon reaksiyonları durana dek sürer.

2) Öte yandan mavi süper devler en kütleli, en sıcak ve parlak yıldızlardır. Bunların ömrü çok kısadır (sadece birkaç milyon yıl) ve daha ana sıralama üzerindeyken büzülüp genişlemeye başlarlar. Bu mekanizma ana hatlarıyla Sefe Değişenleri için de geçerlidir. Astronomlar da evrenin yaşını ölçmek için Klasik Sefe Değişenlerini kullanıyorlar.

Klasik Sefe Değişenleri Güneş’ten 4-20 kat kütleli ve 100 bin kata kadar daha parlak olup parlaklığı birkaç gün ila birkaç ay arasında değişir. Bunlar parlak sarı devler veya süper devlerdir ve tayf sınıflandırmasında F6-K2 kategorileri arasında yer alırlar (Yüzey sıcaklığı 6277 derece olan sarı-beyaz cüceler ve 4960 derece olan turuncu cüceler… Karşılaştırma açısından Güneş 5800 derece sıcaklıktaki bir sarı cücedir). Bunlar genişleyip büzülürken çapı yüzde 25 artıp azalabilir (milyonlarca km).

Gelelim evrenin yaşına

Bilim insanları Slipher’ın kırmızıya kaymayla hesapladığı galaksi uzaklaşma hızlarını Hubble’ın galaksi uzaklığını gösteren Sefe Değişeni verileriyle birleştirdiler. Böylece bize 10 milyon ışık yılından uzak olan hemen bütün galaksilerin bizden uzaklaşmakta olduğu ortaya çıktı. Aslında evren her 3,26 milyon ışık yılında saniyede yaklaşık 70 km hızla genişliyor, ama Samanyolu’nun bulunduğu yerel grup galaksileri yerçekimi yüzünden bize yaklaşıyor. Daha uzak galaksiler işe yerçekimi zayıfladığı için uzaklaşıyor.

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Sefe Değişenleri ve Einstein

Şimdi evrenin genişlemesi ile evrenin yaşı arasındaki bağı bilim tarihi bağlamında göreceğiz: Slipher ve Hubble hemen bütün galaksilerin bizden uzaklaşmasına bakarak evrenin genişlemekte olduğunu ortaya çıkardılar. Doğrusu bu Einstein’ın 1915’te geliştirdiği ve yerçekimine yol açan kütleçekim kuvvetini tanımlayan genel görelilik teorisiyle uyum içindeydi.

Gerçi Einstein evrenin ezeli ve ebedi olduğunu düşünenlerden biri olarak statik evren teorisini savunuyordu. Bu yüzden evrenin ya sonsuza dek genişleyeceği ya da büzülerek kara delik halinde çöküp yok olacağını gösteren genel görelilik denklemlerine elle kozmolojik sabiti ekleyip evrenin değişmesini önledi. Sonra da buna hayatımın en büyük hatası dedi fakat karanlık enerjinin evrenin genişlemesini hızlandırdığı ortaya çıkınca kozmolojik sabitle kısmen haklı çıktı.

Oysa evrenin genişlemek veya büzülmek zorunda olduğunu genel görelilik teorilerini çözen Rus evrenbilimci Alexander Friedmann’dır. Einstein kozmolojik sabiti bu çözümden sonra eklemiştir; ama Belçikalı fizikçi ve Cizvit papazı Georges Lemaître, daha Hubble evrenin genişlemekte olduğunu gösteren Hubble Sabitini ortaya koymadan önce durumun farkına varmıştı.

Lemaître, Vesto Slipher’ın kırmızıya kaymalarına baktı ve bunun evrenin genişlemekte olabileceğini söyleyen ilk kişi oldu. Lemaître evrenin “ilkin atom” olarak mikroskobik ölçekte oluştuğunu ve atom boyundan genişleyerek bugünkü muazzam büyüklüğe ulaştığını söyledi. Kısacası büyük patlama teorisini geliştiren Lemaître’dır. Peki büyük patlama teorisinin adını kim koydu?

İlgili yazı: Yapay Zeka Nedir ve Nasıl Çalışır?

 

Büyük patlamayla alay etmek

Büyük patlama teorisine adını veren kişi 1950’de bir BBC radyo programına konuk olan gökbilimci Fred Hoyle’dur ve bunu alay etmek amacıyla yapmıştır. Hoyle da tıpkı Einstein gibi hiç değişmeyen ezeli ve ebedi bir evrene inanıyordu. Ancak, Einstein gibi evrenin değiştiğini sonradan kabul etmek yerine neredeyse ölene dek büyük patlamayı reddetti. Kendi alternatif “durağan durum” teorisini geliştirdi.

Ben üniversiteye 1994’te girdim ve o zamanlar üniversite sınavına hazırlık dershaneleri vardı. Final ve Sınav eskiden hep dershaneydi. İşte o yıl bir kurs hocam bana Hoyle’un 1950’lerde yayınlanan durağan durum teorisi kitabının orijinal baskısını hediye etmişti ki hâlâ saklarım. 😊

Belirtmek istediğim nokta ise Hoyle’un işinin zor olduğudur. Galaksiler Dünya’dan her yönde vebalı gibi uzaklaşırken evrenin genişlemediği ve değişmediğini söylemek çok zordur :∞ Hoyle’un durağan durum teorisine göre evren genişledikçe boşluktan sürekli yeni galaksiler oluşur ve evren görünüşte aynı kalır. Gerçi bu da evrende yeni galaksilerin oluşması yüzünden evreni değiştiriyor.

Fred Hoyle yanılıyordu ve işine geldiği için bunu ilk kabul eden de yıllarca bilimi baskılayarak Ortaçağı karanlık çağlara dönüştüren gerici Kilise oldu. Büyük patlama teorisi evrenin bir başlangıcı olduğunu gösteriyordu. Öyleyse evreni yaratan bir tanrı vardı ve tanrı evreni büyük patlamayla yaratmıştı. Papa XII. Pius öyle söyledi ama dinle bilimi karıştırmak dogmatik dinsel görüşler için çok zararlıdır.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Bilim-din ilişkisi

Sonuçta bilimsel teoriler gelişir ve yenilenir. Nitekim bugün büyük patlamanın boşlukta kendiliğinden oluştuğunu, buna da kuantum salınımlarının neden olduğunu biliyoruz. Öyle ki dinsel görüşlerini bilime dayandıranların inançları bilimsel gelişmelerle sürekli sarsılacaktır. Tanrı bilimin alanı genişledikçe daha uzaklara, henüz bilmediğimiz noktalara ötelenecektir.

Elbette bu dinsel inançlar yüzünden bilimi reddetmeye yol açmamalı; çünkü bu yobazlık ve gericilik olur. İnsanların artık sadece bilimin doğayı açıklayabileceğini, dinin ise bir vicdan ve ahlak meselesi olduğunu kabul etmesi gerekiyor. Bunu söyleyen ise bizzat Cizvit papazı astronom Lemaître’dır. Pius’a karşı dedi ki: “Görebildiğim kadarıyla böyle bir teori [büyük patlama teorim] metafizik veya dinsel bir sorunun tümüyle dışındadır.” Biz de büyük patlama teorisini özetleyerek devam edelim:

Bugün hemen bütün galaksiler Dünya’dan uzaklaşıyorsa başlangıç anında bütün galaksiler Dünya’nın üzerinde toplanmıştır. Bu sıfır anında evrendeki madde ve enerji küçücük bir noktaya yığılmıştı (Kozmik enflasyon teorisine göre evren büyük patlama anında 1 cm çapında bir kürecikti). Galaksiler bir tür büyük patlamayla uzaya saçıldı ve hâlâ bizden uzaklaşıyor.

Öyleyse evrenin yaşını galaksilerin uzaklaşma hızına bakarak hesaplayabiliriz! Ancak, bunun için birkaç detaya dikkat etmemiz gerekiyor: Bazı galaksiler büyük patlama nedeniyle bizden uzaklaşmıyor. Bunlar galaksi kümelerinin kütleçekim merkezine kapılar uzaklaşıyor. Örneğin Samanyolu galaksisi de Virgo Süper Kümesinin merkezine doğru yol alıyor ve bu nokta bizden yaklaşık 50 milyon ışık yılı uzakta. Bu süper küme 110 milyon ışık yılı çapında ve yerel grupla birlikte 100 galaksi kümesi içeriyor.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

Peki Sefe Değişenleri ile sorun nedir?

Sorun şu: Samanyolu Virgo merkezi yönüne doğru yol alıyor olabilir; ama aslında Virgo yönünde saniyede 630 km hızla Shapley Süper Kümesine doğru gidiyor. Bu süper küme ile Büyük Çekicinin yerçekiminden etkileniyor. Oysa Samanyolu’nun hareket yönünün tersine, yani arkasına bakarsak bütün galaksilerin uzayda Çift Kutuplu İticiden uzaklaşmakta olduğunu görüyoruz.

Bunun iki sebebi var: 1) Bütün galaksiler arkadaki bir noktadan önümüzdeki bir noktaya aktığı için sanki Çift Kutuplu İtici tarafından itiliyormuş gibi görünüyor ama aslında itiş yok. Sadece galaksiler uzayın o bölgesini boşaltıyor. 2) Galaksilerin Shapley Süper Kümesine doğru gitmesi o yönde madde ile enerji yoğunluğunu artırıyor ve ters yönde azaltıyor; yani evrende bir basınç farkı oluşturuyor.

Bütün bu hareketler evrenin genişlemesinden ziyade süper galaksi kümelerinin güçlü yerçekiminin birçok galaksiyi çekmesinden kaynaklanıyor ki benzer bir durum yerel grup için de geçerli: Galaksimizin bulunduğu yerel grup 10 milyon ışık yılı çapında ve 30 kadar büyük galaksi ile 50 kadar cüce galaksi içeriyor. Bunların içinde en büyükleri Andromeda ve Samanyolu’dur. Bu ikisi de 3 milyar yıl sonra çarpışmaya başlayacaklar; yani Andromeda bizden uzaklaşmıyor. Tersine bize yaklaşıyor!

Sefe Değişenleri ve özgül hızlar

Peki bunlar galaksilerin her yönden bizden uzaklaşmasına dayanan büyük patlama teorisine aykırı mı? Kesinlikle değil: 1) Bugün biz Virgo Süper Kümesine ait görünebiliriz ama evren genişlediği için zamanla Virgo’dan tümüyle kopacağız. Virgo’daki galaksiler de bizden uzaklaşıyor olacaklar. 2) Hatta biz onları 50 milyon yıl önceki haliyle görüyoruz (50 milyon ışık yılı uzağa bakmak 50 milyon yıl eskiyi görmektir). Öyle ki bu galaksilerin bir kısmı evrenin genişlemesiyle çoktan bizden kopmuştur.

İlgili yazı: Çoklu Adem: İnsan Türünün Birden Fazla Kökeni Var

 

Laniakea ve Virgo

Aynı şey Virgo’nun bir parçası olduğu Laniakea üst süper galaksi kümesi için de geçerli. 100 bin galaksi içeren Laniakea 520 milyon ışık yılı genişliğinde ve Büyük Çekici aslında bu kümenin merkezinde yer alıyor. Ancak, biz bugün bu kümedeki galaksileri bir arada görsek de aslında onların yüz milyonlarca yıl önceki haliyle görüyoruz. Bugün Laniakea evrenin genişlemesiyle çoktan dağıldı, ama dağınık halinin ışığı bize yüz milyonlarca yıl sonra ulaşacak. O zaman da Laniakea iyice dağılmış olacak.

Özetle bazı galaksiler evrenin genişlemesine rağmen bize yaklaşıyor ve bazı galaksiler de bizden uzaklaşmalarına rağmen aslında başka galaksilerin yerçekimine kapıldığı için uzaklaşıyor. Evrenin genişlemesinden kaynaklanan uzaklaşmayı galaksilerin tekil hareketlerinden ayırmamız gerekiyor. Ancak bu filtreyi uygularsak galaksilerin uzaklaşma hızına bakarak evrenin yaşını hesaplayabiliriz.

İlgili yazı: Yıldız Depremleri Uzaydaki 3 Gizemi Nasıl Çözdü?

 

Sefe Değişenleri ve genişleme hızı

Oysa bir de evrenin genişleme hızının zamanla değiştiğini de hesaba katmak gerekiyor: Örneğin bugün gözlemlenebilir evrenin yarı çapı 46 milyar ışık yılı; yani bizim gelecekte görebileceğimiz en uzak galaksi bize bugün 46 milyar ışık yılı uzakta olan galaksidir. Sonuçta galaksiler uzaklaştıkça uzaklaşma hızı artıyor ve 46 milyar ışık yılından daha uzak olan galaksiler bizden ışıktan hızlı uzaklaşıyor.

Bu uzaklaşma galaksilerin evrende ışık hızını aşmasından değil de bizzat uzayın genişlemesinden kaynaklandığı için Einstein’ın genel görelilikte belirttiği hiçbir şey ışıktan hızlı gidemez kuralına aykırı değil. Bugün görebildiğimiz en uzak galaksi GN-z11 yaklaşık 13 milyar yaşında ve biz onu 13 milyar yıl önceki bebeklik haliyle görüyoruz. Evrenin bebekliğindeki halini görüyoruz.

Oysa GN-z11 bugün 13 milyar değil, 32 milyar ışık yılı uzakta. 13 milyar yıl önce de bize 13 milyar ışık yılından çok daha yakındı. GN-z11’in evrenin yaşına göre bu kadar uzak olmasının sebebi ise evrenin genişleme hızının son 5 milyar yılda karanlık enerji yüzünden artıyor olmasıdır. Hatta genişleme hızının evren sadece 1 milyar yaşındayken değiştiğini gösteren ipuçları var (Bkz. Karanlık enerjinin şiddeti zamanla değişiyor mu ve zamanının akışı yavaşlıyor mu?).

Hubble kendi adıyla anılan Hubble Sabiti ile evrenin genişlemekte olduğunu gösterdi; ama eskiden evrenin genişleme hızının zamanla değiştiğini bilmiyorduk. Hep aynı hızla değiştiğini sanıyorduk. Bu yüzden Hubble sabiti aslında bir değişkendir ve Hubble parametresi olarak evrenin şimdiki zaman gibi belirli bir anda ne hızda genişlediğini gösterir. Oysa Hubble, bu sabiti hesaplarken büyük bir hata yaptı ve evrenin yaşını yanlış hesapladı. 😮

İlgili yazı: Kırmızı Dev Betelgeuse Yıldızı Patlayacak mı?

 

Sefe Değişenleri ve Hubble sabiti

Edwin Hubble, Vesto Slipher ve George Lemaître’ın büyük patlamayı keşfetmesinin ardından, diğer gökbilimciler de evrenin yaşını hesaplamaya başladılar. Evrenin genişleme hızının zamanla değişiyor olmasını öğrenmiş olmak gibi hesaplamalardaki eksik parametreleri ekledikçe evrenin sandığımızdan yaşlı olduğunu anladılar.

Örneğin ilk hesaplamaları yerçekimini hesaba katmadan yapmıştık. Gerçi yerçekimi evreninin genişlemesini engellemekte yetersiz kalıyordu ve evrenin yaşını hesaplarken yerçekimini ihmal etmek bizi pek yanıltmıyordu; ama yerçekiminin neden yetersiz kaldığını merak ederken evrenin genişlemesinden sorumlu karanlık enerjiyi keşfettik. 😉

Sonuç olarak astronomlar evrenin yaşını 2 milyar yıl olarak hesapladılar, ama o sırada Dünya’daki en eski kayaların +3 milyar yıllık olduğunu bildiğimiz için bu büyük bir sorun oluşturdu. Dünya evrenden yaşlı olamazdı! 😮 Bu kadar büyük bir hesap hatası yapılmasının asıl sebebi de yerçekimini hesaba katmamış olmamız değildi (karanlık enerji ise o zamanlar bilinmiyordu).

Hubble Sefe Değişenleri ile galaksi uzaklıklarını ölçerken hata yapmış ve galaksilerin uzaklığını yanlış ölçmüştü. Bu yüzden evrenin genişleme hızını da yanlış ölçmüş ve yaşını olduğundan genç hesaplamıştı. Bu da büyük patlama teorisiyle ilgili bir sorun değil, gözlemlerde yaptığımız bir hataydı. Evrende iki ana tür Sefe Değişeni vardı ama Hubble bunu bilmiyordu ve iki grubu birbirine karıştırmıştı:  

İlgili yazı: Yıldız Depremleri Uzaydaki 3 Gizemi Nasıl Çözdü?

 

Parlak ve soluk Sefe Değişenleri

Hubble uzak galaksilerde mecburen en parlak Sefe Değişenlerini gözlemledi ama periyodik parlaklık azalışı ve artışı için Samanyolu’ndaki daha soluk Sefeitlerin periyodunu dikkate aldı. Bu sebeple uzak galaksilerdeki Sefe Değişenlerinin gerçek parlaklığını olduğundan soluk olarak hesapladı. Bu da uzak yıldızların olduğundan 2 kat yakın ve evrenin de daha küçük görünmesine yol açtı. Bunu genişleme hızına bağladığında ise haliyle evrenin yaşı olduğundan geç çıktı.

Evrenin yaşının 2 milyar çıkması ve Dünya’nın evrenden yaşlı görünmesinin sebebi buydu. Evrende iki tür Sefe Değişine olduğunu keşfeden kişi ise Walter Baade’dir. 1943 yılında, ABD’nin Japon uçaklarından korunmak için akşam karartma uyguladığı yıllarda ışık kirliliğinin azalmasından yararlanarak 61 cm’lik Palomar teleskopunu kullanıp Andromeda’yı hiç olmadığı kadar net gördü.

Böylece Sefe Değişenleri için doğru ışık periyodunu saptayıp evrenin yaşını 3,6 milyar yıl olarak ölçtü. Bu sonucu da 1952’de açıkladı ve artık o yıllarda bilindiği kadarıyla Dünya ile evren nihayet yaşıt çıktı. Oysa bizler aradan geçen zamanda Sefe Değişenlerine benzeyen başka bir astronomi tekniğiyle evrenin yaşını daha doğru ölçmeyi başardık:

İlgili yazı: Kara Delikler Yeni Evrenler Yaratıyor mu?

 

Sefe Değişenleri ve benzer yöntemler

Bu kez bir galaksideki yıldızların ortalama olarak bize aynı uzaklıkta olduğunu varsayıyoruz. Örneğin Andromeda’nın parlak diskinin çapı 100 bin ışık yılı ve uzaklığı 2,2 milyon ışık yılıdır. Bu durumda Andromeda yıldız uzaklığı ölçümünde maksimum hata payı 0,1’dir. Üstelik 1 milyar ışık yılı uzakta ve yine 100 bin ışık yılı çapında olan tipik bir galaksi için hata payı ihmal edilecek kadar düşüktür.

Biz de çeşitli tekniklerle bir galaksideki en parlak yıldızların gerçek parlaklığını hesaplar ve bunun galaksinin bize uzaklığına eşit olduğunu varsayarız. En parlak yıldızların ortalama parlaklığı Sefe Değişenleri ile uzaklığını iyi bildiğimiz Andromeda’nın sağladığı baz değere göre soluksa bu galaksiler bize Andromeda’dan daha uzaktır. Peki bu yöntemle evrenin yaşı kaç çıktı? 4 milyar yıl! ☹

İlgili yazı: Yerçekimi Uzayla Zamanı Nasıl Büküyor?

 

Yine hata yaptık

Bu kez ne oldu hocam derseniz: Bilim insanları galaksilerde HII bölgeleri denilen parlak gaz ve toz bulutlarını uzaktan küçük göründükleri yıldız sanmışlar. Edwin Hubble’la çalışan Baade’nin öğrencesi Alan Sandage bu hatayı fark ettiği zaman evrenin yaşını 5,5 milyar yıl olarak saptadık. Bu da eğitimde devamlılığın esas olduğunu gösteriyor. Üniversite hocalarını politik ve ekonomik nedenlerle meslekten men eden veya işini yapmasını engelleyen ülkeler kuşaklar boyunca geri kalır.

Bu sonuca 50’li yıllarda varmıştık ama Sandage aradan geçen 10 yılda büyük bir titizlikle çalışıp binlerce yıldızı inceleyerek Hubble sabitini nihayet bugün bilinen değere oldukça yakın bir şekilde hesapladı: Evrenin genişleme hızı her 3,26 milyon ışık yılında saniyede 75 km’dir dedi.

Bu da 1) Yerçekiminin büyük patlamadan sonra evrenin genişlemesini biraz yavaşlatmış olmasını ve 2) Karanlık enerjinin son 5 milyar yılda genişlemeyi gittikçe hızlandırdığını dikkate almadığımız zaman evrenin 13 milyar yaşında olduğunu gösteriyor. Nitekim Sandage evren 7-13 milyar yaşında olabilir dedi. Ancak, biz ölçümlere ince ayar yapana dek bazı sıkıntılar çıktı. Örneğin galaksilerdeki en eski yıldızlar oluşan küresel yıldız kümelerinin bir süre boyunca 15 milyar yaşında, yani evrenden yaşlı olduğunu sandık! Bu ayrı bir yazının konusu ama kısaca sorun çözüldü. Peki en doğru ölçüm nedir?

İlgili yazı: Zamanuzay: Kara deliklerde uzay zaman yer değiştiriyor

 

Sefe Değişenleri ve CMB

Bugün Sefe Değişenleri ve yıldızların gerçek parlaklıklarını ölçmekte kullandığımız diğer tekniklerden elde ettiğimiz verileri büyük patlamadan kalan ilk ışık olan kozmik mikrodalga artalan ışımasıyla (CMB) birleştiriyoruz (CMB’nin ne olduğunu ve galaksilerin nasıl oluştuğunu görmek için büyük patlamadan kalan ses dalgalarına bakabilirsiniz). Buna yerçekimi ve karanlık enerjiyi ekliyoruz.

Böylece Hubble parametresini her 3,26 milyon ışık yılında 72 km/saniye olarak hesaplıyoruz. Yerçekimi ve karanlık enerji haricinde evrenin yaşı 13,8 milyar yıl ve bunlarla birlikte 13,78 milyar yıl çıkıyor. Elbette evrenin 1 milyar yıl yaşındayken daha hızlı genişlemiş olduğunu gösteren veriler var: Eski kuasarlara bakarak ölçülen genişleme hızı ile yeni süpernovalara bakılarak ölçülen genişleme hızı, karanlık enerjinin son 5 milyar yıldaki hızlandırıcı etkisine rağmen uyuşmuyor. Evren genç çıkıyor.

Peki bunu nasıl açıklarız?

Evren sadece 11 milyar yaşında olabilir mi? Bu imkansız; çünkü daha yaşlı yıldızlar biliyoruz. Bu durumda karanlık enerjinin şiddeti zamanla artıyor olabilir. Öyleyse karanlık enerji hayalet enerjidir ve evrenin 22 milyar yıl içinde gittikçe daha hızlı genişleyerek parçalanıp yok olmasına yol açacaktır. Siz de Büyük Yırtılma senaryosunu şimdi okuyabilir, evrenin bilinen en büyük yıldızı UY Scuti’ye bakabilir ve Antares yıldızının yüzeyinin net fotoğrafını nasıl çektiğimizi görebilirsiniz. Belli ki bu yıl da yaz sıcakları biraz geç gelecek ama yine de hafta sonu balkonda keyfini çıkarın. Bilimle kalın.

Sefe Değişenleri ile evrenin keşfi

¹A measurement of the Hubble constant from angular diameter distances to two gravitational lenses
²Three classical Cepheidvariable stars in the nuclear bulgeofthe Milky Way (pdf)
³A three-dimensional map of the Milky Way using classical Cepheid variable stars