Evreni Anlamak, En Büyükten En Küçüğe – 1: Evren Nedir?

Bu yazı dizisinde kısaca evreni anlamaya çalışacağız. Yakından uzağa giderek. Büyükten küçüğe bakarak. Bazı terimler yabancı da gelse size, ilerleyen bölümlerde anlaşılır olacaktır, okumaya devam edin yani. Önce büyük resme bakacağız. Sonra ise bunun en küçük parçalarına.

İnsan dünyayı son yüzyıllarda biraz da açgözlü ve şiddet eğilimli olduğu için daha fazla öğrenebildi. Bugün gezegenimizin her yerine uydu erişimimiz olsa da, bir kaç yüzyıl önce o da bazı yerleri haritalayabildik. Gözü pek kâşifler sayesinde dünyamızdaki hakimiyet alanımızı genişlettik.

Henüz gezegenimizi bitirdik mi?

Hayır. Mesela okyanus dibine ayak basanların sayısı Ay’a ayak basanların sayısından daha az henüz. Ama yine de artık yeni “bilinmeyen” üstünde yaşadığımız dünya değil, tepemizdeki uçsuz bucaksız uzay. Son yüzyıldaki gelişmelerle de uzay, isteyen herkesin üstüne düşünebildiği, kafa yorabildiği bir gizem oldu. Gezegenler arası yolculukları ise bizim yerimize robotlara devrettik şimdilik. Çünkü söz konusu mesafeler akıllara durgunluk veren nitelikte.

Dünyamızdan çıkınca ilk karşılaştığımız şey elbette ki uydumuz. Ay bize 380.000 km uzakta. 4 milyar yıl önce mars büyüklüğünde bir gezegen dünyamıza çarpar ve büyük bir parça kopararak Ay’ı oluşturur. Güneş sistemimizin adını aldığı Güneş ise 150 milyon km uzaklıktadır. Güneşin 1’sn de yaydığı enerjiyi depolayabilsek dünyaya 500 milyon yıl yetecek enerji biriktirmiş olurduk, güneşimiz öyle büyük ve güçlü bir yıldız. Çıplak gözle bakamayız ona ve gökyüzünde oldukça yakınmış gibi görünür bize. Oysa Güneş bir karpuz büyüklüğünde olsaydı eğer dünyamız ondan tam 43 metre uzakta ve ancak büyüteçle görebileceğimiz büyüklükte olurdu.

Bir yıldızı yıldız yapan nedir?

Güneşin merkezine inmek istesek yarım milyon km’den fazla inmemiz gerekir. (Dünya için 6500 km). İçinde her yer atomlarla doludur. Atomları daha sonra konuşacağız detaylıca. Kısaca atomlar legolar gibidir, küçük ve büyükleri vardır. En küçük olanı Hidrojen H, sonraki Helyum He. Bu ikisi evrendeki maddelerin %98’ini oluşturur.

13,8 milyar yıl önce bu iki atom bilinen tüm maddelerin neredeyse %100’ünü oluşturuyordu. Güneşimizin çekirdeği 16 milyon C dereceden fazladır. Yani çok ama çok sıcak. Her yerde de hidrojen atomu vardır, çevresel enerji nedeniyle atomlar çıplak, soyulmuş durumdalar. Elektronları serbestçe dolaşıyor. Çekirdekler ise yıldızın merkeze uyguladığı ağırlıkla iyice sıkışmışlar ve hareket edecek yerleri yok. Hareket edemeyince de birbirleriyle kaynaşarak daha büyük çekirdeklere dönüşmek zorunda kalıyorlar.

İşte termo-nükleerfüzyon reaksiyonu budur, yani küçük atom çekirdeklerinin daha büyüklerine dönüşmesi süreci. Bunun için muazzam enerji gerekir. Bunu sağlayan ise güneşin ezici kütle çekimidir.

Bir gezegenle yıldız arasındaki fark budur kabaca. Her ikisi de kabaca yuvarlak gök cisimleridir, ama gezegen küçüktür, yıldızlar ise dev termo nükleerfüzyon santralleridir. Kültesi öyle büyüktür ki kütleçekimi de inanılmaz boyutlarda olur ve bu yapı onu kalbindeki maddeyi kaynaşmaya zorlar. Dünyamız bu işlem için pek küçüktür.

Güneş gibi yıldızların neden sonunda ölmek zorunda oldukları da burada gizlidir. Gazları bitince ölmek zorundalar. Ölmeseler etrafta sadece hidrojen ve helyum olurdu ve doğal olarak da biz olamazdık. Bizi oluşturan maddeler de sonsuza dek yıldızların kalbinde gömülü kalırdı.

Dünya ve etrafımızdaki her şey karbon, oksijen, ve diğer atomları içerdiğine göre, güneşimizin de ikinci hatta üçüncü kuşak bir yıldız olması gerekir. Arta kalan tozlarla bizim ve dünyamızın oluşması için bir veya iki kez patlamış olması gerekir.

Nükleer füzyonun muhteşem özelliklerinden biri de reaksiyonu başlatmak için gereken enerji ne kadar büyük olursa olsun (yıldızın tüm ağırlığı mesela)ardından daha çok enerji açığa çıkarabilmesidir.

İki atomun çekirdeğibirleşerek daha büyük bir çekirdeği meydana getirirken, kütlenin bir kısmı kaybolur. Kaynaşmış çekirdeğin kütlesi kendisini yaratan iki çekirdeğin toplamından küçüktür. Gündelik hayatta böyle bir şey olmaz ama nükleer dünyada sürekli böyle olur. Bu kütle kayıplara karışmaz ve enerjiye dönüşür. Enerjinin değişim oranı da ünlü E=mc2dir. Bu formülü daha çok konuşacağız.

Ebetteki bu kaybolan kütle çok küçüktür. Ama güneşin kalbinde her saniye o kadar çok atom füzyona uğrar ki açığa çıkan enerjinin bir yerlere gitmesi gerekir. Bu yüzden de yıldızın merkezinden uzağa doğru, bu enerji mümkün olan her şekilde ilerler. Sonunda bu nükleer füzyondan doğan enerji, her şeyi merkeze doğru bastıran kütle çekimini dengeleyerek yıldızın boyutunu sabit ve istikrarlı hale getirir.

Bu çok büyük enerji, ışık ve parçacıklardan oluşur ve bunlar da yakınlardaki her şeyi plazma denen çekirdek ve elektrondan oluşan parlak bir şeye çevirir. Plazma maddenin 4. Hali olarak kabul edilir.

Merkezde sıkıştırılacak yeterince çekirdek olduğu sürece güneşin kütle çekimi ile füzyon enerjisi birbirini dengelemeye devam eder. Ama sonsuza dek bu dengede kalamaz. Merkezdeki atom yakıtı bir gün tükenecek elbet, ve kütle çekimini dengeleyecek güç kalmayacak ve giderek yıldızımız küçülecek, yüzeye yakın bir yerdeki atomlarla küçüldükçe yeni bir nükleer reaksiyon başlayacak ve bu yeni reaksiyon eskisinden daha büyük olup kütle çekimini yenecek ve güneş hızla büyümeye başlayacak, son bir patlamayla da yıldızımızın ölümü gerçekleşecek. Bu esnada da altın gibi en ağır metaller üretilecek (altın neden mi değerli? İşte ipucu) ve yıldızın tüm yaşamı boyunca ürettiği tüm atomlar uzaya saçılacak. Uzaklardaki başka yıldız kalıntılarıyla birleşip yıldız tozu bulutlarını oluşturacak ve belki de gelecekteki başka yaşam ve dünyaların tohumunu atacak.

Yıldızımızın merkezindeki hidrojen miktarını tespit edip bu patlamanın zamanını öngörebiliyoruz, bundan 5 milyar yıl sonra patlayacak. Bilim insanları muhtemelen perşembe günü patlayacağını öngörüyorlar. Tabi başka nedenlerle yok olmazsa güneşimiz. Buna da geleceğiz.

Proxima Centauri

Güneş bize en yakın yıldız demiştik. Ona en yakın yıldız ise Proxima Centauri 1915’de keşfedildi.

Güneş sitemimiz diye adlandırdığımız bölgedeki tüm cisimler Güneşin etrafında sabit –biri hariç- bir yörüngede dönerler. Bu bölgede bildiğiniz üzere 8 gezegen var, ayrıca bilinen 166 uydu ve 5 cüce gezegen ile bunların 6 uydusu, ve ayrıca milyarlarca küçük gök cisminden oluşur. Küçük gök cisimlerine de asteroit diyoruz.

Güneşin ötesi ise insanlığın hayalidir.

77’de Voyager 1 fırlatıldı ve 2013’de güneş sisteminin dış çeperin eulaştı. 2025 e kadar, pili bitene kadar yani bilgi aktarmayı sürdürecek bize. Burada üç satırda yazdığımız listenin uzaklığı devasa elbette. Güneşten dünyaya bilgi gelmesi ışık hızıyla 8 dakika 20 saniye sürüyor. Bize en yakın yıldız Proxima Centauri’den bilgi, ışık hızıyla gelse 4 yıl iki ay sürüyor cevap vermek epey sıkıntılı olur yani.

Güneş sistemimiz Gökada da denilen Samanyolu Galaksisinin bir parçası.

Gökadamız Samanyolu 300 milyar yıldızdan oluşur. Yani 1 metreye bir metrelik karton kutu alın, tepeleme sahil kumuyla doldurun. Sonra bu işlemi 300 kutuyla daha yapın. İşte Galaksimizdeki yıldızların sayısı. Galaksimiz spiral seklinde merkezden dışa doğru dönen dört büyük kolu olan büyük bir gök adadır. Güneşimiz de bu büyük kollardan biri üzerinde dışa doğru bir yerdedir. Dünya ekseninin eğriliği nedeniyle güney yarım küre daima gök adamızın merkezine bakar, kuzey yarım küre ise uzaklara dışa doğru bakar. O yüzden Güney yarım küreden bakınca daha fazla yıldız görebiliriz.

Gökadamızın merkezine doğru 2015’de bir yıldız keşfettik, S2 (Source 2, kaynak 2) adıyla. Bu yıldız evrendeki bildiğimiz en hızlı cisim. Tek yörüngesini 15,5 yılda tamamlar, kısaca saatte 18 milyon kilometre hızla yol alıyor. Bu canavarın bu hızına bakıp merkezde kütle çekimini  yaratan devasa bir yıldız veya cisim beklemeliyiz ama bakıyoruz çevrede hiç bir yıldız yok, hesaplamalara göre yıldızı bu şekilde tutan kütle çekimi yaratan cismin güneşin 4 milyon katı büyüklükte olması gerekir. Her tür ışığı algılayabilen teleskoplarımız merkeze baktı ve hiçbir şey bulamadıkları gibi olması gerekenden çok daha küçük bir alan var bölgede, bu durum da bize açıklama olarak sadece karadelikleri bıraktı. Karadeliklere de geleceğiz. Hem de süper kütleli olanlardan. Bunun adı da SaggittariusA. İlk kez aslında 1974’de keşfedildi. Kesinleşmesi ise 2015’i buldu.

Andromeda

Komşu galaksimiz Andromeda ise 1000 milyar yıldızdan oluşan bir devdir. İlk defa 1000 yıl önce Farslı bilim insanı Es-Sufikeşfetti. Edwin Hubble’a kadar ışık bulutu, yıldız kümesi sanıyorduk. Hubble’la beraber hem bunun gökada olduğunu öğrendik hem de samanyolu ile birbirleri etrafında döndüklerini. Yine Hubble sayesinde dehşet bir gerçek daha öğrendik. Bu iki gökada birbirlerine saniyede 100 km hızla yaklaşıyorlardı. Çarpışmalarına ise sadece 4 milyar yıl kaldı. Güneşin patlamasından bir milyar yıl önce iki gökada birleşmeye, çarpışmaya başlayacak. Tabi evrendeki mesafeler dikkate alınınca ikisinin birbirinin içinden sorunsuz geçmesi de olasılıklar dahilinde. Sert bir çarpışma olması için henüz bir neden yok.

Samanyolundan uzaklaşınca galaksimizin birbirine kütle çekimiyle bağlı 54 gökadalık bir kümenin parçası olduğunu fark ediyoruz. Buna Yerel Grup deniyor. 8.4 milyon ışık yılı genişliğinde bir küre bu. Bu grubun en büyüğü Andromeda ve ikincisi ise Samanyolu.

Bundan daha büyüklerine de süper küme diyoruz. On binlerce diskten oluşan gruplar.

Daha da gitmeye devam edersek. Dünyadan 13 buçuk milyar ışık yılı uzağa ulaştığımızda hemen hemen tüm ışık kaynakları ortadan kaybolur.

Teleskoplarımız bize sandığımızdan farklı bir şey gösterdi. Işık kullanarak görebildiklerimizin bir sınırı var. Bu uzay-zamandan öncesi sınır için‘Kozmik Karanlık Çağ’adını kullanıyoruz. Burası ışığın yol alamadığı bir yüzey. Duvar gibi bir şey. Işık var ama hareket özgürlüğü yok. Ötesinde evren karanlık değil. Opak. Burasının adı da ‘Son Saçılma Yüzeyi’. Onu da konuşacağız.

Hikayenin sonu burası değil ama. Ötesinde en az iki yüzey daha var. İlki büyük patlamanın kendisi, ikincisi ise büyük patlamaya neden olan şeyi gizliyor. Bunlara geleceğiz.

Sonraki yazımızda kütleçekiminin uzay-zamanın gerçekte ne olduğuna bakacağız.

Y.Emir Emirmahmudoglu

Matematiksel

Yazıyı Hazırlayan: Emir Emirmahmudoglu

Y.Emir Emirmahmudoglu
1973 K.Maraş doğumlu, İTÜ’de Matematik ve mühendislik okuduktan sonra, Ankara Üniversitesinde Hukuk okudu. Uzun yıllar Ankara ve İstanbul’da dershanelerde Matematik, Fizik ve Felsefe öğretmenliği yaptı. Amsterdam’da Vrije Universiteit’da Yapay Zeka eğitimi aldı ve halen yeniden burada Matematik öğretmenliği okuyor. Rotterdam’da yaşıyor. Halen evreni ve varoluş sorunlarımızı düşünmekten büyük zevk alıyor. Ve bu zevki çocuğu da dahil tüm çocuklara aşılamak istiyor.

Bunlara da Göz Atın

Entropi İlkesinin Kadim Düşmanı: Maxwell’in Cini

Makro evrenin ısı ve iş kavramlarıyla ilintili değişkenlerini inceleyen ve tüm mühendislik dallarında ayrıntısıyla okutulan, …

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

ga('send', 'pageview');