Şişen Evren
Kızılakayan gökadalar.
(Kaynak: HST/NASA/universetoday.com)
Fraser Cain, “universetoday.com”da 12 Ekim 2015 tarihinde yaptığı sunumda bu soruya cevap aradı…
Einistein’in “Hiçbir cisim ışık hızından daha hızlı hareket edemez” öğretisinden sonra, “gökadaların ışık hızından daha hızlı hareket edebildiğini” söylemek ne derece mümkün ve tutarlı …?
Bazı bilim insanları evrenin “şişme” dönemi”nde (inflationary era) , üstel (exponancial) bir genişlemeye maruz kaldığını ve bu dönemde, bazı koordinat noktalarının birbirinden ışık hızından daha büyük bir hızla uzaklaştığını düşünüyor…
Daha öte bir görüş verebilmek için, “ışık hızından daha büyük bir hızla şişme”den ne anlaşılması gerektiği hususunu netleştirmek gerekli…
Evrendeki tüm gökadalar (galaxy) belirli bir merkezi noktadan uzaklaşmakta… İçinde üzüm taneleri bulunan ve fırında pişirilen bir hamur kütlesi sıcaklık etkisiyle şişerken, üzüm tanelerinin de birbirinden uzaklaşması gibi, gökadalar da birbirinden uzaklaşmakta…
Gökadaların, çok büyük yapılar olmaları sebebiyle, farklı bölgeleri –birbirlerine göre- farklı hızlarla uzaklaşmakta… Bu durumda, evrenin “ışık hızından daha büyük bir hızla şişip-şişmediğini” sormak yerine, soruyu “Evrende, birbirine göre, ışık hızından daha büyük bir hızla uzaklaşan gökadalar var mı” şeklinde sormak daha bilimsel görünüyor…!
Evrenin şişme hızı “Hubble Sabiti” (Hubble Constant) olarak (gökbilimci Hubble tarafından) belirlenmiş durumda… “Hubble Sabiti”ne göre, Dünyadan bir megapersek (megapersec; 3.26 milyon ışık yılı) mesafeye uzaklaşmış olan bir gökadanın, o anda, Dünyadan uzaklaşma hız saniyede 71 kilometre kadar… İki “megapersek” uzaktaki ise, 2×71= 142 km/saniye hızla uzaklaşmakta…! Bu, birbirinden 4200 megapersek uzaklıktaki iki gökadanın (bu gökadalarda yaşayanların veya ölçüm araçlarının) , bu iki gökadanın birbirinden ışık hızından daha büyük bir hızla uzaklaştığını görmesi/ölçmesi demek…!
(Hubble Sabitinin milyonlarca yıllık sürede sabit kalamayacağı biliniyor. Ancak, milyon yıllık süre kozmik zaman-cetvelinde (cosmic timescale) nisbeten kısa bir süre kabul edildiğinden, bu açıklama kapsamında sabit varsayıldı…)
Bu mesafe tanımı ile sınırlı kalınarak ifade edilirse: iki gökadası arasındaki her bir megapersek mesafe için, gökadaların birbirinden uzaklaşma hızı saniyede 71 kilometre (Hubble sabiti) kadar büyür…
İki gökadanın birbirinden ışık hızından daha büyük bir hızla uzaklaşabilmesi için, birbirlerinden ne kadar uzakta olması gerektiği, ışığın saniyede 300 000 kilometre kadar olan hızı dikkate alınarak hesaplanabilir… Kısaca, bu mesafe iki gökadanın birbirinden en az 4200 megapersek (130×1021 km) uzaklıkta olması gerektiği bulunur…
Bu sonuçla, başlangıçtaki soruyu daha da basitleştirme imkanı doğuyor: Evrende aralarındaki mesafe 4200 megapersekten daha büyük olan iki gökada var mı ? Mevcut kozmoloji teorileri Evrenin “sonsuz büyüklükte” olması gerektiğini söylüyor… Bunun mümkün olabilmesi için, Evrende bu mesafeyi sağlayan gökadaların da sonsuz sayıda mevcut olması gerek…!
Ancak, gözlemlere dayalı bir yorum yapıldığında, Evrenin sonsuz büyüklükte olduğunu kanıtlama inkanı yok… Bu durumda soruyu “görünür Evren” ile sınırlayıp: “Bizden ışık hızından daha büyük bir hızla uzaklaşan gökadalar var mı” şeklinde sormak daha anlamlı görünüyor…
Bilim insanları bu soruya, şaşırtıcı bir şekilde, “evet” cevabını veriyor….! “Kızılakayma oranı” (redshift) Z=1.4 olan (4200 megapersekten daha büyük mesafelerdeki) gökadalar bizden “ışık hızından daha büyük” hızla uzaklaşmakta…! (Işık yayımlamaya “Büyük Patlama”dan 4.6 milyar yıl sonra başlamış kaynaklar…)
Peki, bu gökadaları görebilirmiyiz ? Cevabı: Evet…!
Gökbilimcilere göre, z=1.4 sınırı Evrende gözlenen ışık kaynakları için kolayca aşılabilen bir sınır… “Kuasar” (Quasar) olarak adlandırılan “çok büyük Kara Delikli gökadaları”nın bazıları için z=5 değeri ölçüldü… !
Bilim insanları, evrenin oluşma anı kabul edilen “Büyük Patlama” ile ortaya saçılan ışığın (cosmic microwave background radiation) Dünyadan 46 milyar ışık-yılı uzağa erişmiş olması gerektiğini hesaplıyor… (Bu durumda, Evrenin bugünkü-olası-çapı da 92-93 milyar ışık-yılı kadar…!)
4200 megapersek mesafe, kabaca, 13.7 milyar ışık-yılı kadar… Bu hesaba göre, Evrende gözlenebilen birçok gökadanın birbirinden ışık-hızını aşan hızlarla uzaklaşıyor olması gerekir… Bu durumda, bu gökadalardan yayımlanan ışığın Dünyaya ulaşamıyor olması gerekmez mi…? Onları nasıl görebiliyoruz… ? “Kozmik mikrodalga artalan ışıması” (CMB) nasıl belirlenebildi…?
( Robert Woodrow Wilson ve Allan Penzias tarafından, “güvercin-pislikleri temizlenirken belirlendi (!)” cevabı elbetteki yeterli değil…)
Gökadalardan (yıldızlardan) yayımlanan ışınlar, gökadalar uzaklaşsalar da, dalga boyları değişime uğrayarak Dünyaya ulaşır…! Bu değişim, ışık tayfının kırmızı-kızılötesi, mikrodalga ve hatta radyo dalgası boyuna doğru gerçekleşir… Daha sonraki aşamada bu ışınlar (mevcut teknolojiler ile) belirlenemez… Kısaca, bu safhayı geçmiş gökadalar artık gözlenemez…!
“Kızılakayma” (redshift) ışık kaynağı gözlemciden uzaklaştığı zaman meydana gelir… Diğer bir çeşit “kızıla kayma” ise evren şiştiği-genleştiği zaman (inflation / expansion) meydana gelir… birkaç milyon ışık-yılı gibi, yeterince uzaktaki ışık kaynakları, Dünyadan uzaklaşma hızlarıyla orantılı olarak , kızılakayma gösterirler… Son olarak, “kütleçekimsel kızılakayma” (gravitational redshift) kütleçekimsel alanlardan uzaklaşırken gözlenen elektromanyetik radyasyonda gözlenen rölativistik etkidir (relativistic effect).
Evrende en fazla kızılakaymayı en uzaktaki objeler gösterir. Mevcut durumda, en fazla kızıla kayma Kozmik Mikrodalga Artalan Işımasında belirlendi…
“Genel Görecelik Kuramı”na dayanarak, “kızılakaymanın Evrenin şişmesi sebebiyle olduğu” şeklindeki açıklama en fazla kabul görendir… Kızılakayma ölçümü uzaydaki uzak cisimlerin mesafelerinin ölçümü için basit ve kullanışlı bir yöntem sağladı…
Bilim insanları ışığın, “Kozmik Artalan Mikrodalga Işıması” (CMB) olduğunu ve Evrenin yeterince soğumasıyla birlikte, Büyük Patlamadan 380 000 yıl kadar sonra, etraftaki yoğun madde katmanını geçerek, Güneşin ışıması gibi, uzayda yayılmaya başladığını düşünüyor… Araştırmacılara göre, Evrende kızılakayması z=1000 değerinde olan ışık kaynakları dahi mevcut…!
Bu noktada akla şu soru gelebilir: Bizden ışık hızından daha büyük bir hızla uzaklaşan bir gökadayı nasıl oluyor da görebiliyoruz …? Cevabı: Gerçekte göremiyoruz…! Gördüğümüzü sanıyoruz…! Sinema Perdesinde gördüğümüz oyuncuları (film süresince de olsa) “gerçek” sanmamız gibi…!
Işık, bize doğru yol alırken, onu yayımlayan gökadanın başına ne geldiğini kendine “dert etmiyor”…! Sadece, yol yorgunluğunu “gerinerek” (stretching) atmaya çalışıyor; bize ulaştığında boyu (kasları) biraz uzamış oluyor…! (Bir ucu bir yere bağlanmış uzunca bir halata, elle, hızlı ve sinüzoidal salınım yaptırıldığında, halatın ele uzak bölgedeki dalga (sinüs eğrisi) boyunun, ele yakın noktadaki dalga boyundan daha uzun olması gibi…)
Kısaca, ışık gökadayı terkettiğinde, gökadanın uzaklaşma hızı ışık hızından büyük değildi… Dolayısıyla, Evrenin zamanla artan şişme hızı ışığın bize ulaşmasını engelleyemedi…
Gökadaların bizden ışık hızından daha yüksek hızlarla uzaklaşmasının bazı rahatsız edici sonuçları da var… Eğer evrenin artan hızla sürekli şiştiği kabul edilirse, “Hubble Küresi” (Hubble Sphere) adı verilen sanal kürenin ötesine (4740 megapersek uzaklıktan daha ötede / kızıla kayma oranı z=1.69’dan daha büyük olanlar) uzaklaşmış gökadaların göndereceği ışığın bizlere ulaşma şansı (bizim o gök adaları daha sonraki aşamada görme şansımız) olamayacak…! Bu gökadalar, en son görebilecek şanslı gözlemcilerin gözünde gittikçe sönükleşerek kaybolan ışık kaynakları halinde olacak… (Geceleri Uluslararası Uzay İstasyonunun (ISS) yansıttığı ışığı gözleyenler bu duruma, halihazırda, aşina…!)
Kısaca, gökyüzünde (teleskopla) gözlenebilen gökada sayısı sürekli azalacak… (Çıplak göz gözlemcileri için gökyüzünün pek değişmeyeceğini söyleyebiliriz…)
Tabi, bu uzaklaşan gökadalarda “akıllı yaşam” mevcut idiyse, birbirimizle iletişim şansı tamamen kaybedilmiş olacak…!
O devirde yaşayacak astronomların Evrendeki diğer gökadalar hakkındaki tek bilgi kaynağı, önceden elde edilmiş ve o günlere kadar korunabilmiş bilgi olacaktır…!
Belki de bilim, evrenin geçmişini görüntülemek (zamanda geriye görsel yolculuk…) için yeni yöntemler geliştirir…
Yararlanılan Kaynaklar:
http://www.universetoday.com/122768/how-are-galaxies-moving-away-faster-than-light/
https://en.wikipedia.org/wiki/Redshift
