Evrende dönen karanlık işler – 3
Bir yıldız bizden ne kadar uzakta ise bize ulaşan ışığı o kadar azalacaktır. Eğer bir yıldızın orijinal parlaklığını biliyorsanız ve teleskobunuza gelen parlaklığı da ölçerseniz, o yıldızın Dünya’dan ne kadar uzakta olduğunu ölçebilirsiniz.
Son iki köşemde karanlık maddeden bahsetmiştim. Hadi karanlık enerjiye bakalım biraz da. Karanlık enerji Evrenimizin enerji yoğunluğunun %70’ini oluşturan bir enerji türü. Peki tam olarak ne? Bilmiyoruz, bu yüzden ‘karanlık’. Hatta karanlık enerji hakkındaki bilgimiz karanlık maddeden daha az.
Karanlık enerjinin varlığını Evren hakkındaki iki gözlemden çıkarıyoruz. 1- Evrenimiz genişliyor. 2- Evrenin genişleme hızı ivmelenerek artıyor. Bu ivmelenmenin sebebi karanlık enerji.
Einstein genel görelilik teorisini yayınlamadan önce bile Evrenin büyüklüğü ve nereden gelip nereye gittiği bir tartışma konusu idi. O sıradaki genel kanı Evrenin belirli bir büyüklüğünün olduğu ve bunun değişmediği idi. Hatta Samanyolu Galaksisinin dışında galaksiler olduğu bile şüpheliydi. Einstein’ın yazdığı ilk denklemler de böyle bir durağan (statik) Evren tanımlamak için öne sürülmüştü. Fakat 1922 ve 1927 yıllarında farklı iki bilim insanı, Friedmann ve Lemaitre, fark etti ki o denklemler genişleyen bir Evren olmasına da izin veriyordu.
PARLAKLIĞINI BİLİYORSANIZ YILDIZIN UZAKLIĞINI ÖLÇEBİLİRSİNİZ
Bu genişlemenin gözlemsel kanıtı 1929 yılında Edwin Hubble’dan geldi. Hubble Los Angeles civarlarındaki Mount Wilson Gözlemevi’nde Cepheid değişeni yıldızlarını gözlemliyordu. Bu yıldızlar şu anda çok önemli gözlem objeleri, çünkü standart kandil denilen bir kategoriye aitler. 1908 yılında, Henrietta Swan Leavitt adlı bir astronom bu tarz yıldızların parlaklığının hesaplanabildiğini gösterdi. (Ara not: Çalışmaları kozmoloji ve astronomi alanlarında çığır açan Leavitt’in çalıştığı Harvard Gözlemevi’ndeki teleskobu kullanmasına kadın olduğu için izin verilmiyordu.) Parlaklık demek ışık saçmak demek. Bir yıldız bizden ne kadar uzakta ise bize ulaşan ışığı o kadar azalacaktır. Eğer bir yıldızın orijinal parlaklığını biliyorsanız ve teleskobunuza gelen parlaklığı da ölçerseniz, o yıldızın Dünya’dan ne kadar uzakta olduğunu ölçebilirsiniz. (Bu tarz bir başka standart kandil de 1a tipi dediğimiz süpernovalar. Onlara başka bir yazıda değinelim.) Yıldızlar hakkında bildiğimiz bir başka şey de kimyasal yapıları. Yaktıkları ve ürettikleri elementlerin belirli dalga boyları var. Bu dalgalar yıldızların hareketi ile kırmızıya kayma dediğimiz bir değişime uğruyor. Bizden uzaklaşan yıldızlardan salınan ışık dalgalarının frekansı düşer ve ışık tayfının kırmızı kısmına doğru kayarlar. Bunun tersi de maviye kayma: bizden uzaklaşan ışık dalgalarının frekansı artar. Bu iki fiziksel özelliği birleştirerek, Dünya’dan belirli uzaklıktaki bir objenin bizden uzaklaştığını gözlemleyebiliyoruz. İşte bu uzaklaşma bize Evrenin ne kadar genişlediğini gösteriyor!
EVRENDEKİ HER ŞEY BİRBİRİNDEN UZAKLAŞIYOR
Evrenin genişlemesi aslında ne demek? Belirttiğim gibi bu genişlemeyi bizden uzaklaşan yıldızları gözlemleyerek fark ettik. Ama bunun ötesinde şu da var: Evrendeki her şey birbirinden uzaklaşıyor! Peki, bu uzaklaşma nasıl oluyor? Bunu bir balonu şişirmek gibi düşünebiliriz. Balonun yüzeyini oluşturan parçacık sayısı ya da yapısı değişmiyor, fakat balonun üzerine koyacağımız iki nokta, balon şiştikçe birbirinden uzaklaşır. Evrenin genişlemesi de iki nokta arasında yeni bir uzay-zaman oluşturur ve böylece o iki nokta birbirinden uzaklaşmış olur.
Kırmızıya kayma hızını Cepheid değişeni yıldızlarının bizden uzaklığına bağlayan Hubble, Evrenin genişleme hızını bize gösteren bir parametre de buldu: Hubble sabiti. Bu sabitin birimi km/s/mpc, yani 1 megaparsec uzaktaki bir galaksinin hızını ölçüyor. Hubble ‘sabiti’ diyoruz, ama 1990’ların sonunda öğrendik ki bu hız zamanda bir sabit değil, sadece ölçtüğümüz zaman içinde uzayın gözlemleyebildiğimiz her köşesinde sabit. Yine standart kandiller ile yaptığımız gözlemler ve ayrıca kozmik mikrodalga ışımasından da ölçebildiğimiz veriler ile öğrendik ki bu hız, yani Hubble sabiti ya da parametresi, zaman ile değişiyor!
Evrenin genişlemesi teorik olarak 1920’lerde tahmin edilmişken bu genişlemenin hızının ivmelenmesi çok büyük bir sürpriz oldu. Bu sürpriz gözlem 2011 yılında bir Nobel Fizik Ödülü ile de taçlandırıldı. Fakat teorik olarak bu ivmelenmenin hala nereden geldiğini bilmiyoruz. Bildiğimiz şey: Evrenin içindeki enerji çeşitleri, mesela radyasyon, uzay-zamanın genişleme hızını etkiliyor. Bu ivmelenmeyi sağlayan enerji çeşidine de karanlık enerji diyoruz. Bir sonraki yazımda Einstein’ın “en büyük hatam” dediği kozmolojik sabit ve karanlık enerji nereden gelebilir ondan bahsedeceğim.