Bilim insanlarının gezegenlere, yıldızlara, galaksilere olan uzaklığı nasıl bildiğini hiç merak ettiniz mi? Elbette dev bir cetvelleri yok ama ellerinde kozmik uzaklık merdiveni gibi ilginç araçları var.
Bilim insanlarının astronomik mesafeleri tanımlama şekli ile gökbilimci olmayanlar için anlamlı olan birimler arasında fark vardır. Sonucunda uzay çok büyüktür, bu durumda mesafeleri tanımlamak için daha büyük birimlere ihtiyacımız olacaktır. İsterseniz, Dünya’dan Andromeda Galaksisine olan mesafeyi santimetre cinsinden de ölçebilirsiniz. Ancak sonunda bir sürü anlamsız ve kafa karıştırıcı sıfırla karşılaşırsınız.
Örneğin Ay yaklaşık 384.000 kilometre, Güneş ise yaklaşık 150 milyon kilometre uzaktadır. Bırakın santimetre cinsinden hesabı bu hali ile bile hesaplama yapmaya kalksanız bir noktadan sonra sayının içindeki sıfırlar içinden çıkılmaz bir hal almaya başlayacaktır. Büyük sayılar kafa karıştırıcıdır ve bu durumdan gökbilimciler de muaf değildir. Bu nedenle, uzayın ezici büyüklüğüyle başa çıkmamıza yardımcı olacak bir dizi gerçekten büyük birimimiz var. Kozmik uzaklık merdivenini anlamak için öncelikle bu birimleri hatırlatalım.
Astronomik birim ve ışık yılı nedir?
Dünya ile güneş arasındaki ortalama mesafeye “astronomik birim” (AU) adı verilmektedir. Bir astronomik birim yaklaşık 149,6 milyon kilometredir. Bu sayede bazı uzaklıkları söylemek anlamlı olur. Örneğin Satürn, 10 AU uzaklıkta bulunmaktadır. En uzak gezegen olan Neptün ise, 30 AU uzaklıktadır. Merak ederseniz diğerlerinin uzaklıklarını aşağıdaki tabloda inceleyebilirsiniz.
Ancak astronomik birimler güneş sistemimizin dışındaki mesafeleri ölçmek için çok da kullanışlı değildir. Bunun nedeni ile yeni bir birime ihtiyacımız vardır. Bu birim ise bir çoğumuzun duymaya alışık olduğu ışık yılıdır. Bir ışık yılı, ışığın 365,25 günde kat ettiği mesafedir. Bu yaklaşık olarak 10 trilyon kilometreye karşılık gelir. Bir ışık yılı 63.240 AU’ya eşittir. Bu sayede güneşe en yakın yıldız olan Proxima Centauri’nin 4,22 ışıkyılı uzaklıkta olduğunu kolayca söyleriz. Bu 268.770 AU ile aynı şeydir.
Gökbilimciler aynı zamanda parsek adı verilen bir birim daha kullanırlar. Bir parsek 206.265 AU’dur ve kabaca en yakın yıldızlara olan mesafedir. Parsek, gökbilimcilerin kendi aralarında sık kullandığı bir birimdir ancak kolay anlaşılan bir uzaklık birimi değildir. Işık yılı parsekten daha anlaşılır bir uzaklık ölçüsüdür. Bu nedenle yazının devamına ışık yılı ile devam edelim.
Peki bilim insanları bu muazzam mesafeleri nasıl güvenle hesaplayabilirler? Uzaklıklarını belirlemek için diğer yıldızlara gidemediğimiz için gök bilimciler başka tekniklere başvurur. Bu teknikleri topluca kozmik uzaklık merdiveni olarak isimlendiriyoruz.
Kozmik uzaklık merdiveni, gökbilimcilerin mesafeleri güvenle ölçmelerine olanak tanıyan belirli özelliklere sahip nesnelerden oluşan basamaklara sahiptir. Her basamağı çıktığımızda daha uzaktaki nesneleri ölçmek için farklı yöntemler kullanırız. Şimdi en alt basamaktan başlayarak bu teknikleri kısaca öğrenelim.
Paralaks
Paralaks, bakış açısı değiştiğinde, daha uzak bir arka plan nesnesine göre ön plan nesnesinin konumundaki belirgin değişikliktir. Bu tanım kafa karıştırıcı geliyorsa, şu basit deneyi yapın. İşaret parmağınızı burnunuzdan yaklaşık 6 cm uzakta tutun. Şimdi sol gözünüzü kapatın ve parmağınızın arka plandaki nesnelere göre nasıl hizalandığına dikkat edin. Sonra sol gözünüzü açın ve sağı kapatın. Ne oldu? Muhtemel arka planın göreceli konumu sola kaymıştır.
Günümüzün güçlü teleskoplarının kullanılmasından çok uzun zaman önce gökyüzü gözlemcileri hesaplamalarını matematiksel yöntemleri temel alarak yaparlardı. Ancak astronomlar için en önemli sorun uzaklıkları ölçmekti. Buna bir çözüm olarak da uzunca bir süre bilim insanları geometriden faydalandı.
Paralaks etkisi nedeniyle yakındaki bir yıldızın arkasında yer alan yıldızlara göre görünür konumu, Hazirandaki 1 noktasından Aralıktaki 2 noktasına hareket eder. Bu sayede gökbilimciler yakındaki yıldızlara olan mesafeyi oldukça doğru bir şekilde hesaplar. Yaklaşık 1000 ışıkyılı uzaklıktaki yıldızlar için mesafe ölçümleri bu şekilde yapılabilir.
Standart mumlar
Bilim dünyası uzunca bir süre boyunca, paralaks yöntemi ile görece yakın yıldızların uzaklığını ölçmeyi başarmıştır. Ancak uzak yıldızlar ve galaksiler için bu yöntem işe yaramaz. Bu nedenle yeni bir referans noktasına ihtiyacımız vardı. Kozmik uzaklık merdiveninde bir basamak üste çıktığımız zaman karşımıza standart mumlar adı verilen bir basamak gelecektir. Periyot- parlaklık ilişkisi, Sefe değişen yıldızlarının astronomide bir uzaklık belirteci (standard candle) olarak kullanılmasını sağlar.
Sefe değişen yıldızlarının periyotları ile parlaklıkları arasında bir ilişki olduğunu Henrietta Swan Leavitt sayesinde keşfettik. Kendisi Harvard Üniversitesi’nde çalışan ve geçen yüzyılın başlarında yıldızları kataloglayan birçok kadın “bilgisayardan” biriydi. Çalışmaları, Amerikalı astronom Edwin Hubble’ın 1920’lerde galaksi mesafelerini ölçmesine yardımcı oldu. Bunun sonucunda da evrenin sabit olmadığını ve durmadan genişlediğini fark edebildik.
Tip Ia süpernovaları
Daha da uzakları ölçmemiz gerektiğinde, yıldızları kullanmak pratik olmayacaktır. Bu nedenle Kozmik uzaklık merdiveninde bir üst basamağa çıkmamız gerekir. Gökbilimciler, en uzak galaksileri ölçmek için çok uzak mesafelerde parlayabilen son derece parlak nesnelere güvenmek zorundadırlar. Bu nedenle Tip Ia süpernovaları kullanırlar.
Süpernova, bir yıldızın son derece parlak, süper güçlü patlamasıdır. İki tür süpernova patlaması vardır. Tip I patlamaları, beyaz cücenin bileşen yıldızından aldığı maddeyi taşıyamaması nedeniyle ortaya çıkar. Patlama sırasında beyaz cüce tamamen parçalanır. Tip Ia süpernovaları her zaman kabaca aynı parlaklığa sahiptirler ve çok parlaktırlar, yaklaşık 10 milyar ışıkyılı veya daha uzak mesafelerden görülebilmektedirler. Bu da onları kozmik mesafeleri ölçmek için kullanışlı bir araç yapar. ( Süpernovalar için detay: Nova, Süpernova, Hipernova, Kilonova: Aralarındaki Fark Nedir?)
Kozmolojik uzaklık merdiveninin en yüksek basamağı kırmızıya kaymadır.
Kırmızıya kayma ve maviye kayma, bir nesnenin bize doğru veya bizden uzağa doğru hareket etmesine bağlı olarak bir ışık dalgasının frekansındaki değişimi tanımlar. Bir nesne bizden uzaklaştığında, nesneden gelen ışık kırmızıya kayar. Bir nesne bize doğru hareket ettiğinde de nesneden gelen ışık maviye kayacaktır.
Kırmızıya kayma, gökbilimcilerin uzaktaki nesnelerin mesafelerini karşılaştırmasına yardımcı olur. Bu gökbilimcilerin, 13 milyar ışıkyılı uzaklıktan parlayan, bilinen en eski gökadalardan bazılarını tespit etmelerine olanak sağlamıştır.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- From candles to ladders: how astronomers measure very large distances in the universe. Yayınlanma tarihi: 25 Temmuz 2023. Kaynak site: ZME Science. Bağlantı: From candles to ladders: how astronomers measure very large distances in the universe
- How far away is everybody? Climbing the cosmic distance ladder. Yayınlanma tarihi: 23 Ekim 2011. Kaynak site: Conversation. Bağlantı: How far away is everybody? Climbing the cosmic distance ladder
- The cosmic distance ladder: How we measure an infinite universe. Yayınlanma tarihi: 31 Temmız 2019. Kaynak site: Astronomy. Bağlantı: The cosmic distance ladder: How we measure an infinite universe
- What is an astronomical unit?. Yyaınlanma tarihi: 31 Temmuz 2022. Kaynak site: EarthSky. Bağlantı: What is an astronomical unit?
Matematiksel
