Gece gökyüzüne baktığımızda sakin ve durgun bir evrenin resmini görürüz. Aslında evrenin muazzam bir hızla genişlediğini 1929 yılında devrim yaratarak ortaya sunan kişi Edwin Hubble oldu. Hubble bizim galaksimiz olan Samanyolu dışındaki galaksilerin, uzaklıklarına bağlı olan bir hızla hareket ettiklerini düşünüyordu. Daha sonra bu kadar büyük bir hızla genişleyen evrenin, geçmiş bir zamanda (Şimdikinden yaklaşık 14 milyar yıl önce olduğu tahmin edilen bir zamanda) tek bir noktadan oluşmaya başladığının farkına vardı. Evren “Büyük Patlama” adı verilen bir noktadan başlayıp şimdiki haline gelmiş olmalıydı.
Astronomlar evrenin nasıl oluştuğuna dair bilgiler elde edebilmek için bazı uygulanabilir teoriler ve matematiksel modeller geliştirip, gözlemler yaptılar. Büyük Patlama teorisinin matematiksel temelleri, Albert Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi ve temel parçacıkların standart modeli ilkelerini birlikte barındırır. Günümüzde Edwin Hubble’ın başlatmış olduğu çalışmalar, Hubble Uzay Teleskobu ve Spitzer Uzay Teleskobu’nun yapmış olduğu gözlemlerle desteklenip, sürdürülmektedir. Araştırmanın amaçlarından birisi de evren sonsuza dek genişleyecek mi, genişleme bir gün duracak mı ya da belirli bir noktadan sonra geri daralmaya başlayacak mı gibi sorulara yanıt bulmaktır.
Arka Plan Işıması
Büyük Patlama’nın ilk saniyelerinde evrene bakabilme imkanımız olsaydı, proton, nötron, elektron, anti elektron (pozitron), nötrinolar ve fotonlardan oluşan, yaklaşık 10 milyar derece sıcaklığında bir parçacık denizi görürdük. Zaman geçtikçe evren soğumaya başlayıp, nötronlar protonlar ve elektronlar bir araya gelerek hidrojen atomunun bir izotopu olan döteryum atomunu meydana getirmişlerdir. Evren soğumaya devam ederken, sonunda elektronların nötr atomları oluşturacağı bir sıcaklığa gelir. Bu etkileşmeler gerçekleşmeden önce evren ışıktan yoksun, donuk bir ortam olmalıydı. Çünkü serbest elektronlar etkileşme sonucunda ışık parçacıkları olan fotonların saçılmasına yol açacaktır. Ancak serbest elektronlar nötr atomları oluşturmaya başladığında, evren birdenbire ışık geçiren saydam bir ortam halini alır. İşte böylece, Büyük Patlama’nın kalıntılarını gözlemlediğimiz kozmik arka plan ışımasını, ışık sayesinde gözlemleyebilir olduk.
Kozmik Arka Plan Işıması Çalışmaları
NASA, evrenin oluşumundan 400 bin yıl sonraki evrene ait ilk resimleri alarak, kozmik arka plan radyasyonu çalışmaları ile ilgili olan görevlerini başlatmış oldu. Bu görevlerden ilki kozmik arka plan kaşifi COBE olarak adlandırılan, atmosfer şartlarından etkilenmeden doğru ölçüm yapması için geliştirilen uzay sondasıdır. 1992 yılında çalışmayı yürüten ekip, kozmik arka plan ışımasının soğuk ve sıcak bölgelerinin işaretlendiğini belirtti. Bu işaretlenen noktalar, evrendeki yer çekimi alanının, evren boyunca ışığın milyonlarca yıldır aldığı yolun ve galaksi kümelerinin oluşumunu gösteren çok önemli bir kaynak olmuştur. Öyle ki yapılan bu çalışma NASA’dan Dr. John C. Mather ve California Üniversitesi’nden George F. Smart’a Nobel Ödülü’nü kazandırmıştır.
Kozmik arka plan ışımasını incelemek için ikinci görevse, Wilkinson Microwave Anisotrophy Probe, yani WMAP denilen uydunun çalışmalarıdır. COBE uydusuna kıyasla büyük ölçüde geliştirilmiş çözünürlük ile WMAP, evrenin geneline dağılan radyasyon ölçümlerini ve sıcaklık farklarını belirterek ölçümlemiştir. Resim, soğuk bölgelerde mavi ve daha sıcak bölgelerde kırmızı renkle evrenin haritasını gösterir. Bilim adamları evrenin teorik modellemeleri ile bu delilleri birleştirerek uzay geometrisi ve öklid geometrisi (paralel çizgilerin asla kesişmediği, dairenin çevresinin çapına oranının pi gibi sabit bir sayı olarak ele andığı uzay) kurallarını karşılayan kozmolojik ölçeklerde yeni “Düz Evren Teorisi”ni ortaya atmışlardır. Düz evren, tekdüze, her yerinde aynı kuralların geçerli olduğu evren olarak ele alınabilir.
Evrenin bebeklik fotoğrafı.
Üçüncü görev olan Planck Görevi, NASA ve Avrupa Uzay Ajansı’nın ortak çalışması olarak yürütüldü. Elde edilen verilere göre Planck Uydusu’nun mikrodalga arka plan ışımasının en doğru haritalarını çıkardığı görülmüştür. Sıcaklık değişimlerine karşı çok hassas aletler, tam gökyüzü haritalama sistemi ve temel astrofizik ölçekleri ile belirlenen bir doğrulukla kozmik arka plan ışıması sıcaklık dalgalanmalarını ölçmektedir.
Şişme Teorisi
COBE Uydusu’nun ve daha yüksek çözünürlüklü WMAP verilerine göre evrenin oldukça homojen bir yapıda olduğu ortaya çıkmıştır. Peki birbiriyle temas halinde olmayan bu evrenin her bir parçası, nasıl aynı sıcaklıkta dengeye gelmiş olabilirler? Bu ve diğer kozmolojik problemlerin çözümü “Şişme” denilen, Büyük Patlama’nın çok kısa bir zaman diliminden sonra başlayan genişlemesi olabilir. Büyük Patlama, evrenin enerjinin dengesiz bir formu ile dolu olduğunun ve sonrasında hızlı bir genişlemenin gerçekleşeceğinin habercisi olabilir. Henüz bilinmeyen bu Büyük Patlama anında ne olmuş olursa olsun, enerji dengesizliği ve evrenin son derece küçük bir zaman diliminden ortaya çıkıp tüm uzaya dağılmış olabileceği düşüncesi, Şişme Teorisi’ni de beraberinde getiriyor. Bu model bize evrendeki madde transferinin ve fotonların serbest bir şekilde akışının başlangıcını göstermektedir. Sonuç olarak COBE ve WMAP uydularının elde ettiği resimlerde buna benzer bir evren modeli görmek beklenen bir sonuç olmuştur.
Ancak tüm veriler, aslında bu güçlü şişmenin ne olduğu sorusunu cevapsız bırakmıştır. Bu soruyu cevaplamanın zorlu bir kısmı da şişmenin parçacık etkileşmelerinden önce, durgun bir evren oluşmaya başlamadan gerçekleştiğinin düşünülmesidir. Ancak neyse ki evren ışık parçacıklarıyla dolmadan da bunu gözlemlemenin başka bir yolu mümkün. Henüz araştırmaları devam eden yer çekimi dalgaları ile Büyük Patlama anından beri değişmeden kalan bilgiye ulaşmanın bir yolu olabilir. NASA’nın LISA (Bir Michelson İnterferometresi’ne benzer şekilde yer çekimi dalgalarını ölçümlemekte kullanılan teleskop) ve Büyük Patlama Gözlemcisi gibi iki önemli görevinde de bu şişme döneminden gelen yer çekimi dalgaları üzerinde çalışmalar yürütülmektedir.
Karanlık Enerji
Çalışmaların ilerleyen zamanlarında Hubble ve COBE verileriyle Büyük Patlama’nın resmi giderek netleşti. Ancak 1996 yılında çok uzak süpernovaların gözlemlerine bakıldığında resimde çarpıcı bir değişimin gerekli olduğu düşünüldü. Evrendeki bu süpernovaların her zaman genişleme hızını azaltacağı kabul edilmişti. Kütle çekimi sayesinde yer çekimi dalgaları oluşturarak genişlemenin yavaşlayacağı fikri doğmuştu. Ancak düşünülenin aksine süpernova gibi büyük kütleli oluşumların evrenin genişleme hızını azalttığının aksine artırdığı anlaşılmıştır.
Bilinen madde ve bilinen enerji formunda olmayan bir şey galaksileri ve içindeki madde ve enerjiyi bir arada tutuyordu. Bunu anlamak için bir isim verilmesi gereken, evrenin büyük çoğunluğunu oluşturduğu anlaşılan bu şeye “Karanlık Enerji” adı verildi. Her evrensel fenomen gibi henüz anlaşılamamış bu oluşuma, evreni kaplayan dinamik bir sıvı, boş uzayın vakum özelliği ya da ne denirse densin, Büyük Patlama’dan izler taşıyan yer çekimi dalgalarını şekillendirdiği kesin olarak söylenebilir.
Bu yazımızda astrofiziğin başlıca inceleme alanlarından biri olan Büyük Patlama anına ve devamındaki seyreden olaylara bir göz atmış olduk. Yeni yazılarımızla birlikte daha detaylı bilgileri paylaşma şansımız olacak.
Tuğba Yaşar
Marmara Üniversitesi Fizik Bölümü
KBT Popüler Bilim Yayın Grubu
Kaynaklar:
- http://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/what-powered-the-big-bang/
- http://science.nasa.gov/missions/lisa/
- http://en.wikipedia.org/wiki/Cosmic_Background_Explorer
- http://tr.wikipedia.org/wiki/B%C3%BCy%C3%BCk_Patlama
