Büyük Patlama modeli evrenin 13,798 (±0,037) milyar yıl önce meydana geldiğini söyler. Bu teori veya kuram 20. yy.ın ilk yarısında (1920’lerde) Rus matematikçi Aleksandr Friedmann ve Belçikalı astronom Georges Lemaître tarafından önerilmiş ve (1940’larda) Amerikalı fizikçi George Gamow (1904-1968) ile geliştirilmiştir.[1]
Büyük Patlama’dan 380 bin yıl sonra (diğer bölgelere göre) daha yoğun ve daha sıcak olan bölgeler bugünkü galaksi kümeleri hâline geldi. Bu kitapta s. 55’teki “Fon Işıması” adlı ilgili görseldeki maviler daha soğuk, kırmızılar ise daha sıcak bölgelerdir.
Şu an evrende ∼%4 madde (atom), ∼%23 karanlık madde ve ∼%73 karanlık enerji vardır. Bu ∼%96’lık kısım elektromanyetik bir etkileşime girmediğinden görünmemekte ve tam olarak bilinememektedir. Karanlık madde kütle çekim etkisiyle ve karanlık enerji ise evrenin genişlemesi üzerindeki etkisiyle algılanır. (Karanlık enerjiye -ileriki konularda göreceğimiz üzere- şunlar da denilir: hiçlik enerjisi, vakum enerjisi, negatif basınç, itici kütle çekimi, kütle itimi veya anti kütle çekimi.)
Hubble sabiti şu an megaparsek başına saniyede ∼71 km’dir. Bu sabit evrenin şu anki genişleme oranının bir ölçüsüdür. Aslında galaksiler doğrudan birbirinden uzaklaşmaz, alan genişlediği için “dolaylı” olarak uzaklaşır. Bizden 1 megaparsek (Mpc) uzaklıktaki bir galaksi “bizden” saniyede ∼71 km hızla uzaklaşır: 2 Mpc uzaklıktaki ise saniyede ∼142 km hızla (3 Mpc ∼213 km, 100 Mpc ∼7.100 km vs.) uzaklaşır. 1 parsek (pc) ∼31 trilyon km veya ∼3,26 ışık yılı, 1 Mpc = 1.000.000 pc olduğundan, bizden ∼3,3 milyon ışık yılı ötedeki bir galaksi saniyede ∼71 km hızla bizden uzaklaşmaktadır: Tabii biz de ona göre aynı hızda uzaklaşmaktayız (tüm galaksiler de buna tabidir). Yalnız şu hatırlatırmalıdır ki bu uzaklaşma aynı galaksi kümesi içindeki galaksiler için geçerli değildir, çünkü bu kümelerdeki kütle çekim etkisi evrenin genişlemesine kafa tutar: Uzaklaşan, galaksi kümeleri arası ortamdır.[2]
“‘Evrenin genişlediğini kim keşfetti?’ sorusuna insanların çoğu, ‘Edwin Hubble’ cevabını vermektedir. Bu cevap, tamamen yanlış olmamakla birlikte, eksik. Çünkü George Lemaitre, Edwin Hubble’dan bağımsız olarak iki yıl önce, evrenin genişlediğini ortaya koymuştu. Üstelik bunu, Hubble’ın aksine çok fazla gözlemsel veriye dayanmadan matematiksel olarak ifade etmişti. Bu hususta yukarıdaki soruya cevap olarak iki isim verebiliriz: ‘Edwin Hubble ve George Lemaitre’.”[3]
Birbirinden “yaklaşık 15 milyar ışık yılı” uzaklıktaki “iki nokta, birbirinden ışık hızında” uzaklaşır. Bu yüzden evrendeki herhangi bir nokta ışık hızında herhangi bir yönde dümdüz ilerlerse nereye varır? Hiçbir yere varamaz, en son hiç galaksi olmayan boş evrende durmadan ilerler, sonra da parçacıklarına ayrılarak kuantuma dönüşür. Şimdi bunun nasıl olduğunu görelim. Aralarındaki mesafe ∼15 milyar ışık yılından fazla olan iki nokta, birbirine göre ışık hızından fazla uzaklaşacağından bizim o ışık hızında giden noktamız, evrende ışık hızı aşılamayacağından ∼15 milyar ışık yılının ötesindeki galaksilere hiçbir zaman ulaşamaz. Evrenin durmadan gittikçe daha hızlı genişlemesinden dolayı, kütle çekiminin evrenin genişlemesine kafa tutamamasından ötürü galaksi (süper) kümeleri arası mesafe gittikçe açılacağından bizim o noktamız başlarda fazla galaksiyle karşılacak, sonra orta, sonra da az galaksi karşısına çıkmaya başlayacak, ilerlemeye devam ettikçe galaksiler çok uzun sürede bir karşısına çıkacak. Aradan daha da uzun süre geçtiğinde, galaksiler arası mesafe ışık hızından hızlı genişlediğinde noktamız galaksi de göremeyecek, ama başıboş yıldız, uzay cismi vs. görebilir. Sonra galaksiler-yıldızlar dağıldığında, herhangi iki cisim arası mesafe ışık hızından hızlı genişlediğinde artık noktamız bir cisim bile göremez. Sonra atomlardaki parçacıklar (proton, nötron, elekron) ayrıldığında, iki parçacık arası mesafe ışık hızından hızlı genişlediğinde, bu noktada noktamız artık kuantuma dönüşmüştür. [Aralarındaki mesafe ∼20 milyar ışık yılı (mıy) olan iki nokta, birbirine göre saniyede 400 bin km hızla uzaklaşır, ∼30 mıy, 600 bin km vesaire. ∼13,8 milyar yıl yaşında olan evrenimizin, bu süre içindeki genişlemesini hesaba kattığımızda, birbirine ∼15 milyar ışık yılı uzaklıktıktaki iki nokta, birbirine göre “ışık hızından daha hızlı” uzaklaştığı için ve evrenin gelecekteki genişlemesini de hesaba kattığımızda evrendeki herhangi bir nokta için -ya da insan için- gözlemlenebilir evreninin (yani gözlemleyebileceğimiz, görebileceğimiz, test edip üzerinde düşünebileceğimiz, çok uzak geleceklere kadar ışığının bize gelebileceği evrenin) yarıçapı ∼46,5, çapı ∼93 milyar ışık yılı olmaktadır, ama tam evrene oranla bu, okyanusta bir damladır. Yanı sıra evrendeki herhangi bir noktanın ulaşılabilir evreninin yarıçapı ∼15, çapı ∼30 milyar ışık yılıdır. Işık hızı saniyede 300 bin km’dir, evrende bu hız aşılamaz, hiçbir şey bundan daha hızlı gidemez, Görelilik kuramı bunu kanıtlar, bundan sonra bir ama yok, yanı sıra bu durum evrenin genişlemesine, yani evrenin tamamına -evrenin kendisine- uygulanamaz, Görelilik kuramı burada çiğnenmez, zaten kuram buna müsaade eder, evrenin genişlemesiyle ‑arada yeterli mesafe varsa- iki nokta birbirine “göre ışık hızından hızlı” uzaklaşabilir, burada noktalar hareket etmiyor, ışık hızından hızlı gitmiyorlar, birbirlerine göre, yani biri diğerinden ışık hızından hızlı uzaklaşıyor, yani aralarındaki mesafe bu hızda genişliyor.][4] [Şunları söyleyebilirim. Sonsuz bir sayıdan bir önceki sayı nedir? Yine sonsuz bir sayıdır. Ondan bir önceki sayı nedir? Yine sonsuz. Bu böyle gider. O hâlde 3 de, 2 de, 1 de sonsuz mudur! Sonsuz bir hızdan bir önceki hız nedir? Yine sonsuz. O hâlde saniyede 1 km, saniyede 1 metre vs. tüm hızlar da sonsuz hız mıdır! Sonsuz bir zamandan bir önceki zaman da sonsuz, o hâlde bir yıl, gün, saniye vs. tüm zaman dilimleri de mi sonsuz zamandır! Sonsuz bir sayı, hangi sayıdan sonra başlar! Böyle bir sınır olmadığına göre yoksa her bir şey bulanık ve belirsiz midir! 1+1=2’dir, ama evrende birbirine tam olarak benzeyen iki şey yoktur. O hâlde bir hızın 2 katı, bir zamanın 2 katı vs. nasıl olur! Sayılar nasıl olur! Hız (hareket), zaman, mekân (madde) vs. sadece birer tanımlamadan mı (isimlendirmeden mi) ibarettir! Bu konulara kitapta ilerleyen kısımlarda bolca değineceğiz. Rahat olun!]
Evren başlarda çok sıcaktı: Sıcaklık ne kadar fazlaysa parçacıkların hareketi de o kadar fazla olacağından [negatif yüklü elektronlar pozitif yüklü çekirdeklerden kaçabilecek harekete (hıza) sahip olduğundan] evren başlarda negatif ve pozitif yüklerin bağımsız hareket ettiği bir gaz olan plazma hâlindeydi. 300 bin yıl sonra sıcaklığın ∼4.000 °C’ye düşmesiyle elektronların hızı azaldı ve çekirdekler onları yakalamaya başladı, böylece atomlar da oluşmaya başladı, buna “Rekombinasyon” denir. Bir çekirdek bir elektronu yakaladığında o elektronun kuantum enerji seviyesi düştüğünden etrafa bir ışık verir [saçar (yayar)] [yani serbest hâldeki enerjisi bağıl hâle döndüğünde enerji kaybeder ve bu kaybettiği enerji de ışık (ısı) olarak yayılır]. Evrenin Rekombinasyon evresinde (300-500 bin yıl arasında) tüm atomlar oluştu. 300 bin yıl sonra (atomların oluşmasıyla) yayılan (yoğunluktan dolayı sınırlı bir şekilde yayılabilmiş olan) fon ışımasının (ışığın) sıcaklığı birkaç bin derecedeydi ve ışık elektromanyetik tayfın görünür kısmındaydı, bu dönemde evren opaktı, “bir sis” gibiydi: 300-380 bin yıl arasında evrenin giderek genişlemesi eşliğinde sıcaklık ve yoğunluğun da giderek azalmasıyla (atomların oluşmasıyla çıkan) ışığın serbest bir şekilde gidebileceği mesafe de artıyordu, öyle ki 380 bininci yılda ışık serbest kaldı. Burada bahsi geçen ışık görünür ışık olup evren boyunca her yönde (yönden) neredeyse etkileşimsiz -hiçbir şeye çarpmadan, serbest- olarak yayılan ışıktır, fon ışımasıdır. 380 bininci yıla kadar çoğu atom oluşmuştur ki Rekombinasyon Dönemi’nde evren nötrdü ve ışıl ışıl parlıyordu. Evrenin genişleme ve soğumasıyla (genişleyen alanda ışık hareket ettikçe) ışığın dalga boyu da uzadı, böylelikle bu ışık önce kızılötesi radyasyona sonra da mikrodalgaya dönüştü. Buna fon ışıması (veya radyasyonu) denir. İlk yayılmasından günümüze kadar evrenin her yerindedir ve şu an ki ortalama sıcaklığı ∼2,725 kelvindir. Televizyon ayarlarken çekmeyen siyah-beyaz karıncalı görüntünün yüzde birkaçı bu fon ışımasının bir kalıntısıdır.[2][5]
Büyük Patlama’dan ∼200[2] (veya ∼560)[6] milyon yıl sonra ilk yıldızların oluşmaya başladığı düşünülmektedir[2] (İlk yıldızların tam olarak ne zaman oluştuğu şu an için bilinmemektedir, sadece tahminler vardır.). Kütle yoğunluğu (kütlesi) çok yüksek olduğundan parlaklığı da çok yüksek olan bu kısa ömürlü yıldızların iç tepkimeleri ve patlamaları sonucu ağır elementler ilk kez bunlar tarafından üretildi.[6] Ayrıca polarizasyon ölçümleri (elektrik ve manyetik alanların mikrodalgalarda salınımları) Şişme kuramı ile tutarlıdır.[2]
Özetleyecek olursak evrenin ilk anlarında (Büyük Patlama veya Şişme) ilk bir milisaniyeden daha az bir sürede maddenin en küçük, en basit ve ilk biçimi olan kuark parçacıkları oluştu. Evren genişleyerek soğudukça, bu parçacıklar birleşerek proton ve nötronları, onlar da birleşerek atomların çekirdeğini oluşturdular. İlk galaksilerin 1-2 ay sonra oluşmaya başladığı (temellenmeye başladığı) düşünülmektedir. 300.000 yıl sonra çekirdekler elektronları yakaladı ve ilk atomlar oluştu. 300-380 bin yıl arasında maddeler belirli yerlerde kümelenme eğilimi gösterdi (ve): Atomların kütle çekim etkisiyle birleşmesi sonucu ilk yıldızlar ve galaksiler oluştu. Kırmızıya kayma ile galaksilerin birbirinden uzaklaştığı bilinmektedir. Bir nesne Dünya’dan uzaklaşırsa ondan bize gelen ışık kırmızıya (uzun dalga boyuna) dönüşür (kayar) [Nesne demek, “ne ise” -neyse ne- demektir. (Nişanyan Sözlük)]. Evrenin genişlemesi herhangi bir galaksiyi genişletmez, galaksi kümeleri arasındaki mesafeyi genişletir, herhangi bir galaksi (hem kendisinin hem de kendisini çevreleyen karanlık maddenin) kütle çekim etkisiyle bir arada tutulur.[7]
Evrendeki galaksiler Büyük Patlama’dan kabaca 1 milyon ile 7 milyar yıl sonra arasında önce öngalaksiler (protogalaksiler) olarak, sonrasında ise galaksiye dönüşmek üzere oluştu. Başlangıçtaki bu oluşumlarda fazlaca yıldız vardı.[8]
Evrende oluşmuş ilk yıldızlar doğrudan gözlemlenemez fakat bunlar(ın) hipernova patlamalarından kalan ışıkla tespit edilebilir. Hipernova, süpernovadan katbekat daha güçlü bir patlamadır. İlk yıldızların kütle yoğunluğu aşırı yüksek olduğundan yaşam ömürleri de kısaydı ve büyük patlamalarla malzemelerini etrafa yayıyorlardı. Şu an için ölçümlerle tespit edilebilmiş en erken yıldızların 13 milyar yıl öncesine dayandığı saptanmıştır. Bu da ilk yıldızların ilk 700 milyon yıl içinde oluştuğunu gösterir.[9]
Günümüzden 13 milyar yıl öncesine (Büyük Patlama’dan ∼700 milyon yıl sonrasına) tarihlenen Z8_GND_5296 adlı (ilk galaksilerden biri olan) galakside (hidrojenden) her yıl Güneş kütlesinin 300 katı kadar yıldız üretildiği (elementlerin kimyasal radyasyon imzalarını arayan bir teknik olan spektroskopi yöntemiyle) tespit edildi: Samanyolu’nda ise her yıl 1-2 Güneş kütlesi kadar yıldız üretilmektedir: Bu durum bize ilk galaksilerin çok fazla yıldız ürettiğini gösterir (ki diğer bulunan ilk galaksiler de bu şekildedir). Bu yıldızlar da günümüzdeki yıldızlar gibi (doğal olarak) ana yakıt olarak hidrojeni kullanmaktaydı. Bahsi geçen galaksiden önce oluşmuş galaksilerin olduğu da düşünülür. Galaksiler günümüzden ∼10 milyar yıl öncesine kadar (veya ilk ∼4 milyar yıl içinde) gittikçe artan bir oranda yıldız oluşturdu, bu sayı, sonrasında giderek azaldı. İlk galaksileri tespit edebilmek gerçekten zordur: Çünkü bunlardan yayılmış olan uyarılmış hidrojenden çıkan radyasyon (H radyasyonu-emisyonu, ışığın belirli bir dalga boyu) (günümüzdeki galaksilere oranla daha yoğun olan) o ilk galaksilerdeki aşırı miktarda bulunan gazlar tarafından emilir (söndürülür).[10]
Kaynaklar
[1] Veenu Setia, Grace Young, Adam Augustyn vd., “Big-bang model” (cosmology), Encyclopædia Britannica, Inc., sgt: 21 Nisan 2017 (1998-2017), <https://www.britannica.com/science/big-bang-model>, Erişim: 19 Ekim 2018 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20180921192136/https://www.britannica.com/science/big-bang-model].
[2] Jupiter Scientific Authors (yy.), “An Update on the Universe”, Jupiter Scientific, 2003, <http://www.jupiterscientific.org/sciinfo/ncupdate.html>, Erişim: 19 Ekim 2018 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20181020140314/http://www.jupiterscientific.org/sciinfo/ncupdate.html]. {“1 parsek (pc) ∼31 trilyon km veya ∼3,26 ışık yılı” kısmı, Wikipedia Contributors, “Parsec”, Wikipedia, The Free Encyclopedia, sgta., ags., ea. [bk. sonnot 15].}
[3] Emre Kuvan, “Evrenin Genişlediği Nasıl Keşfedildi?”, Editör: Çağrı Mert Bakırcı, Evrim Ağacı, 6 Mayıs 2022, <https://evrimagaci.org/evrenin-genisledigi-nasil-kesfedildi-11709>, Erişim: 11 Ağustos 2022 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20220524005836/https://evrimagaci.org/evrenin-genisledigi-nasil-kesfedildi-11709].
[4] Ethan Siegel, “Evren, Işık Hızından Daha Hızlı mı Genişliyor? Büyük Patlama ve Enflasyon Dönemi’nde Tam Olarak Ne Oldu?”, Uyarlayan: Arzu Recep, Editör: Çağrı Mert Bakırcı, Evrim Ağacı, 30 Aralık 2021, <https://evrimagaci.org/evren-isik-hizindan-daha-hizli-mi-genisliyor-buyuk-patlama-ve-enflasyon-doneminde-tam-olarak-ne-oldu-11288>, Erişim: 11 Ağustos 2022 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20220815222427/https://evrimagaci.org/evren-isik-hizindan-daha-hizli-mi-genisliyor-buyuk-patlama-ve-enflasyon-doneminde-tam-olarak-ne-oldu-11288] (Bu sonnottaki tüm alıntılar Siegel’dandır.); Wikipedia Contributors, “Observable universe”, Wikipedia, The Free Encyclopedia, sgt: 29 Temmuz 2022, kalıcı arşiv kaydı: <https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Observable_universe&oldid=1101132973>, Erişim: 11 Ağustos 2022.
[5] Jupiter Scientific Authors (yy.), “Atom Formation During Recombination”, Jupiter Scientific, 2002, <http://www.jupiterscientific.org/sciinfo/cosmology/recombination.html>, Erişim: 19 Ekim 2018 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20200208102745/http://www.jupiterscientific.org/sciinfo/cosmology/recombination.html].
[6] Jonathan Amos [Editör], “Planck Telescope Puts New Datestamp On First Stars”, George Efstathiou, Richard McMahon, Andrew Jaffe, BBC News, 5 Şubat 2015, <https://www.bbc.com/news/science-environment-31145520>, Erişim: 20 Ekim 2018 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20190505043448/https://www.bbc.com/news/science-environment-31145520].
[7] Fact Monster Editors (yy.), “Big Bang”, Fact Monster, © 2000-2017 Sandbox Networks, Inc., Dorling Kindersley, 2007, <https://www.factmonster.com/dk/encyclopedia/science/big-bang>, Erişim: 20 Ekim 2018 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20210423031229/https://www.factmonster.com/dk/encyclopedia/science/big-bang].
[8] Antony A. Stark, “Protogalaxies”, Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), sgt: 18 Kasım 1999, <https://www.cfa.harvard.edu/~aas/oldtenmeter/proto.htm>, Erişim: 20 Ekim 2018 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20180326202528/https://www.cfa.harvard.edu/~aas/oldtenmeter/proto.htm].
[9] Phys Authors (yy.), “Ferreting Out The First Stars”, Volker Bromm, Avi Loeb, Phys.org, 22 Eylül 2005, <https://phys.org/news/2005-09-ferreting-stars.html>, Erişim: 20 Ekim 2018 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20180613062543/https://phys.org/news/2005-09-ferreting-stars.html].
[10] Elizabeth Landau [Editör], “Scientists Confirm Most Distant Galaxy Ever”, Steven Finkelstein, Dominik Riechers, CNN Business, sgt: 25 Ekim 2013, <https://edition.cnn.com/2013/10/23/tech/innovation/most-distant-galaxy/index.html>, Erişim: 21 Ekim 2018 [kalıcı arşiv kaydı: https://web.archive.org/web/20180204205822/https://edition.cnn.com/2013/10/23/tech/innovation/most-distant-galaxy/index.html].