Evrenin Hızlanarak Genişlediği Nasıl Keşfedildi?

1929 yılında Edwin Hubble tarafından evrenin genişlediğinin keşfedilmesinin ardından bilim insanları, durağan olmayan bir evrende yaşadığımızın farkına varmıştı. Galaksilerin neredeyse hepsi bizden uzaklaşma eğilimi gösteriyorlardı. Ancak uzaklaşan ya da hareket eden galaksiler değildi. Daha ziyade galaksilerin arasındaki uzay sürekli olarak genişliyordu. Bir diğer ifadeyle evren bir bütün olarak her yönde genişliyordu.

Peki bu genişleme sonsuza kadar devam mı edecekti? Yoksa evrendeki galaksilerin, yıldızların kütleçekimi bu gök cisimlerini birbirine doğru çekip, sonunda her şeyin tek bir noktada iç içe geçtiği bir büyük çökme mi meydana gelecekti? Bu sorulara ilişkin bilim insanlarının verebileceği nihai bir cevap yoktu.

Öte yandan evrendeki maddelerin sahip olduğu toplam kütleçekimi kuvvetinin, evrenin genişlemesini yavaşlattığı şeklinde bir inanış vardı. Buna göre evrenin genişlemesi, galaksi ve yıldız gibi gökcisimlerinin kütleçekimi etkisiyle yavaşlaması gerekiyordu. 1980’li yılların sonunda bilim insanları, bu ön kabulü test etmek üzere bir dizi çalışma başlatacaklardı.

Evrenin “Kozmik Mesafe Merdiveni” Süpernovalar

Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı astronomlarından Saul Perlmutter, evrenimizin nasıl genişlediğini araştırmak üzere Süpernova Kozmoloji Projesi’ni hayata geçirdi. 1994 yılında ise astronom Brian Schmidt, aynı araştırmayı yapmak üzere High-Z Supernova Araştırma Takımı isimli “rakip” bir astronomi ekibi oluşturdu.

Bu iki proje ekibinin görevi, 1a Tipi Süpernovalar olarak bilinen süpernovaların parlaklıklarını gözlemleyerek, onların bize olan uzaklığını ve evrenin genişleme hızını hesaplamaktı. 1a Tipi Süpernovalar, aslen beyaz cüce bir yıldızın patlamasıyla meydana gelen bir süpernova olayıdır. Beyaz cüce yıldızlar, tek yıldız olmayıp etrafında dönen bir yıldıza daha sahiptir.

Beyaz cüce hacim olarak çok küçük bir yapıya sahipse de inanılmaz yoğun bir yıldız olduğu için kütleçekimi kuvveti çok güçlüdür. Güçlü kütleçekimi kuvveti nedeniyle etrafında döndürdüğü yıldızdan sürekli madde “çalar”. Ancak beyaz cücenin belirli bir kapasitesi olduğundan bu çalma eylemi sonsuza kadar devam edemez. Bu kapasite aşıldıktan sonra beyaz cüce çok şiddetli bir patlamayla süpernovaya dönüşerek etrafa muazzam bir ısı ve ışık yayar.

Süpernıva
Görsel: Resimdeki galaksinin sol altında bir süpernova patlaması görülüyor. Süpernovalar patladıkları zaman birkaç ay boyunca etrafa parlaklık yayarlar. Öyle ki parlaklıkları, bir galaksinin parlaklığına bile eşit olabilir. Resimdeki süpernovanın parlaklığı, 4 milyar tane Güneş’in parlaklığına eşittir.

Burada önemli olan şey ise bu beyaz cücelerin hepsinin kapasitesi birbirine benzer olduğu için, süpernovaya dönüştükleri zaman neredeyse aynı parlaklıkta ısı ve ışık yayarlar. Aynı parlaklıkta patladığını bilen astronomlar ise bu süpernovaları “standart mumlar” olarak kullanabilir. Örneğin aynı parlaklığa sahip iki tane standart mum düşünelim. Bu mumlardan birisi daha sönük gözükürse onun daha uzakta olduğu çıkarımını yaparız.

İşte 1-a Tipi Süpernovalar da aynı parlaklıkta patladıkları için evrendeki standart mumlar olarak bilinirler. Eğer bunlardan birisinin diğerine göre daha parlak ya da daha sönük olduğu gözlemlenirse, o süpernovanın ne kadar uzakta ya da ne kadar yakında olduğu hesaplanabilir. Yukarıda sözü edilen iki astronomi grubu da bu süpernovaları kullanarak evrendeki mesafeleri ve evrenin genişleme hızını ölçmeyi hedefliyordu.

Yapılan Ölçümlere Göre Evren Hızlanarak Genişliyor!

1998 yılının Eylül ayında Schmidt’in takımı, 16 tane 1-a Tipi Süpernova’yı analiz ederek bir makale yayınladı. 1999 yılının Haziran ayında Perlmutter’in takımı ise 42 tane süpernovanın analizlerini yayınlamıştı. Her iki takımın bulduğu sonuçlar şaşırtıcıydı: Süpernovalar, evrenin genişleme hızına göre daha uzakta ve daha sönük gözüküyorlardı.

O zamanlar evrenin genişleme hızının azaldığı şeklinde bir inanışın olduğundan bahsetmiştik. Evrenin genişleme hızının azalmasına göre yapılan ölçümlerde süpernovanın, daha yakın ve daha parlak gözükmesi beklenir. Bunu şu şekilde açıklayabiliriz: Örneğin süpernova günümüzden 4 milyar yıl önce patlamış olsun. Bu 4 milyar yıllık süre içinde evren belli bir hızla genişleyecektir. Ancak bu süreçte evrenin genişlemesi, o dönem inanıldığı gibi azalan bir hızla gerçekleşecektir. Böylece süpernovanın uzaklığı ve parlaklığı da bu genişlemeye göre hesaplanacaktır.

Fakat sorun burada ortaya çıkıyordu işte. Astronomlar yaptıkları ölçümler neticesinde süpernovaların beklenenden daha sönük ve daha uzakta olduğunu fark ettiler. Bunun tek bir sebebi olabilirdi: Evren, süpernova meydana geldiği andan bu yana tahmin edilenden daha hızlı genişlemişti: Evrenin genişlemesi hızlanmıştı!

Astronomlar sonradan süpernovaların uzaklıklarını, yaydıkları ışıkların kırmızıya kayma oranlarıyla kıyasladılar. Kırmızıya kayma olgusu kısaca, bir cisimden yayılan ışığın dalga boyundaki uzama miktarını belirtir. Bu durumda süpernovadan yayılan ışığın kırmızıya kayma miktarı ise, süpernovanın patlamasından beri evrenin ne kadar genişlediğini ifade eder. Tıpkı yukarıda buldukları gibi kırmızıya kayma miktarı beklenenden daha fazlaydı. Astronomlar evrenin hızlanarak genişlediğini keşfetmişlerdi.

Görsel: Evrenin hızlanarak genişlemesinden sorumlu olduğu düşünülen madde, karanlık enerji. Görselde ise evrendeki galaksilerin ve galaksi kümelerinin birbirleriyle oluşturduğu büyük bir ağ resmedilmiş. Arada kalan boşluklarda karanlık enerji hakim olan tek kuvvettir.

Karanlık Enerji : Evrenin Hızlanarak Genişlemesine Sebep Olan Gizemli Varlık

Evrenin hızlanarak genişlediğinin keşfedilmesinin ardından, bazı sorular gün yüzüne daha çok çıkmaya başlamıştı: Örneğin evrenin kaderi ne olacaktı?

1998 yılında bu keşif yapılana kadar evrenin genişlemesinin yavaşladığı şeklindeki inanışa göre evren genişlemeye devam da edebilir, ya da içindeki maddelerin kütleçekimi nedeniyle içine çöküp Büyük Çöküş(Big Crunch) yaşayabilirdi.

Ancak 1990’lı yıllara kadar birçok kozmolog, evrenin kendi içine çökmesini sağlayacak kadar bir kütleye sahip olmadığını düşünüyordu. Çeşitli projeler tarafından yapılan araştırmalar, her ne kadar git gide yavaşlasa da evrenin sonsuza kadar genişleyeceğini ifade ediyordu. Ancak evrenin hızlanarak genişlediği keşfedilince evrenin sonuna ilişkin Büyük Çöküş teorisi de tek olası senaryo olmaktan çıktı.

İşin daha da tuhafı, Büyük Patlama’dan sonra geçen 8-9 milyar yıllık sürede evrenin genişlemesinin hızı azalıyordu. Ancak tamamen bilinmeyen bir sebeple, gizemli bir “anti-kütleçekimi kuvveti” evrene hakim olmaya, kütleçekimin evrenin genişlemesi üzerinde yavaşlatıcı etkisine karşı koyan bir itim kuvvetine sahip olmaya başladı.

Bu keşfin astronomlar ve fizikçiler açısından ne kadar şaşırtıcı bir sonuç olduğunu varın siz hayal edin. Ne olduğu konusunda bilim insanlarının en ufak bir fikrinin dahi olmadığı bu gizemli kuvvete “karanlık enerji” ismi verilmişti. “Karanlık” sıfatı burada kelime anlamından daha ziyade “bilinmeyen” anlamına gelmektedir.

Karanlık enerji kozmoloji alanında çözülmemiş en büyük gizemlerden birisidir. Yapılan hesaplamalara göre evrendeki bütün her şeyin yaklaşık %68’ini ihtiva etmektedir. Geriye kalan %22’lik kısmın %18’ini ise diğer bir bilinmeyen madde, “karanlık madde” oluştururken sadece %5’lik kısım, galaksileri, yıldızları, gezegenleri ve tespit edebildiğimiz bütün diğer cisimleri meydana getiren normal madde olarak bildiğimiz “baryonik maddeden” oluşmaktadır.

Karanlık enerjiyi daha da gizemli hale getiren şey ise onun, Einstein’in denklemlerine eklediği “kozmolojik sabit” unsuruyla oldukça benzemesidir. Evrenin genişlediğinin 1929 yılında keşfedilmesinden önce Einstein, kütleçekimi denklemlerinin durağan olmayan bir evrene işaret ettiğini fark etmişti. Ancak durağan olmayan bir evrenin var olabileceğini reddeden Einstein, kozmolojik sabit ifadesini ekleyerek denklemlerini, evrenin durağan bir yapıda ifade edecek şekilde düzenlemişti.

Görsel: Karanlık enerji, evrendeki bütün maddelerin birbirinden ayrılıp, sonunda ıssız, boş bir evrenin meydana geleceğini ifade eden, evrenin kaderine ilişkin “Büyük Ölüm” senaryosuna sebep olabilir.

Buna göre kozmolojik sabit, evrendeki kütleçekimin bütün maddeleri bir araya getirip bir çöküşe neden olmasını engelleyen anti-kütleçekim kuvvetiydi. Kısa bir sürenin ardından evrenin genişlediği keşfedildikten sonra Einstein, “kozmolojik sabit” ifadesinin “hayatının en büyük gafı” olduğunu söylemişti.

Ancak yaklaşık 70 yıl sonra evrenin genişlemesinin hızlandığı keşfedildikten sonra, bu hızlanmaya sebep olanın tıpkı Einstein’in ortaya attığı anti-kütleçekim kuvveti gibi bir gizemli kuvvet olabileceği dile getiriliyor. Bilim insanları bu gizemli kuvvetin ismine de yukarıda bahsettiğimiz üzere “karanlık enerji” adını vermiştir.

Çözülmeyi bekleyen en büyük gizemlerden birisi de karanlık enerjinin, Büyük Patlama’dan itibaren geçen 8-9 milyar yıldan sonra neden evrenin genişleme hızını arttıracak şekilde bir etkiye sahip olduğudur. Niçin günümüzde bu kadar etkili de evrenin ilk 8-9 milyar yıllık süresinde hakim bir güç değildi? Bu sorunun cevabını kimse bilmiyor.

Son olarak astronomlar, karanlık enerjinin evrenin genişleme hızını sonsuza kadar arttırmaya devam edeceği konusunda bir fikre de sahip değil. Eğer böyle bir senaryo olacaksa çok uzak gelecekte karanlık enerji, evrendeki cisimleri bir arada tutan kütleçekimi kuvvetinin üstesinden gelecek ve bildiğimiz bütün maddeleri, galaksilerden atomlara kadar olan her şeyi tamamen “ayıracaktır”. Bu senaryo ise “Büyük Ölüm” olarak bilinmektedir.

Kaynaklar:

1- Wikipedia, “Accelerating Expansion of The Universe”. <https://en.wikipedia.org/wiki/Accelerating_expansion_of_the_universe>. (Erişim Tarihi 6 Temmuz 2021)

2- EarthSky, “What is dark energy?”. <https://earthsky.org/space/definition-what-is-dark-energy/>. (Erişim Tarihi: 6 Temmuz 2021)

3- Wikipedia, “Dark Energy”. <https://en.wikipedia.org/wiki/Dark_energy>. (Erişim Tarihi: 6 Temmuz 2021)

4- Astronomy, “The weird mystery of dark energy”. <https://astronomy.com/magazine/2018/07/the-weird-mystery-of-dark-energy>. (Erişim Tarihi: 6 Temmuz 2021).

Bir Yorum Yaz