Evrenin Yaşı

Evren tamı tamına 13.8 milyar yıl yaşında. Bunu ölçmek için sayısız gözlem yapıldı. Üstelik birbirinden bağımsız ölçüm yöntemleri kullanılarak. Hepsi de bizi 13.8 milyar yıl sonucuna götürdü. Yani çoook uzun zamandır bilim insanları bu sayıda hem fikir. Fakaaat… Geçtiğimiz günlerde garip bir haber çıktı.

Malum, JWST’nin fırlatılmasının ardından bir takım yeni gözlemler elde etmeye başladık. Şu zamana kadar elde ettiklerimizden çok daha kaliteli ve detaylı gözlemler bunlar! O yüzden yeni keşifler barındırıyor. Ve geçtiğimiz günlerde yayınlanan şu makale, JWST’nin çoook uzak galaksilere dair bir gözlemine dikkat çekti. Vardığı sonuç şuydu: Evren 13.8 milyar değil, 26.7 milyar yıl yaşında!

Artık neye şaşıracağınızı inandınız, amaaan, neye inanacağınızı şaşırdınız biliyorum 🙂 Ben bile şaşırıyorum artık 🙂 Bir anda bildiklerimiz ters köşe oluyor gibi. Ama aslında öyle değil. Ve bu tür haberleri öyle ender de duymuyoruz. Örneğin geçtiğimiz yıllarda evrenden daha yaşlı bir yıldız olduğu haberi çıkmıştı. Hatta adını bile koymuşlardı. Methuselah! Dinler tarihinde bilinen en uzun yaşamış kişi! Tabii o işin de aslı astarı sonradan ortaya çıktı. 

Şimdi size böyle bir haber duyduğunuzda arkaplanda, o lobide neler döndüğünü çıtlatacağım 😉

EVRENİN YAŞI NASIL ÖLÇÜLÜR

Yani bir kere evrenin yaşını nasıl ölçersiniz ki? Biz kendi yaşımızı doğduğumuz günden beri sayıyoruz, bir yerlere kayıtlara geçiyor, gören birileri falan da var. Ama evrenin başlangıcı, e her şeyin başlangıcı. Onu sayacak kimse yok. Fakat zamanı geriye sarabiliriz! Evrenin genişlediğini gözlüyoruz ve bu genişlemenin hızını ölçebiliyoruz. Bu tıpkı saatte 50 kilometre hızlı gittiğini bildiğimiz bir arabayı izlemek gibi. Kilometre sayacı 500 kilometre gösteriyorsa, 10 saat yol gitmiş diyebiliriz.

İşte evrenin yaşına dair yapılabilecek en basit hesaplama da bu şekilde işliyor. Evrenin genişleme miktarını ifade eden şu Hubble sabiti, aslında bir nevi arabanın hızı. Bunu alıp geriye sardığımızda, evrenin 14.4 milyar yaşında olacağını görüyoruz. Tabii bu çok kaba saba bir hesap, ama yine de gerçek değeri olan 13.8 milyar yıla epeyce yakın! Bu aradaki ufak fark da evrenin hep aynı hızda genişlemediğini, başlarda çok daha hızlı genişlemiş olduğunu söylüyor. Hani arabalar da yola çıkarken önce düşük viteste başlar, sonra vitesi arttırır ya… (Vites mi kaldı ya 🙂

NÜKLEOKOZMOKRONOLOJİ

Tabii şimdi yaş ölçümü deyip, radyoaktif bozunmayı konuşmadan olmaz. Radyoaktif deyince aklınıza Hulk gelmesin! Atomlardan bahsediyorum 🙂 Bu atomlar, belirli bir süre sonra başka bir atoma bozunuyorlar. Ve laboratuvar deneyleri sayesinde hangisinin ne kadar sürede neye dönüşeceğini biliyoruz. Buna yarı ömür deniliyor. Adı üstünde…

Örneğin elimizde yarı ömrü 5 yıl olan bu atomlardan başta 100 tane varsa, bundan 5 yıl sonra ölçtüğümüzde elimizde bundan geriye yarısı, yani 50 tane kalmalı. 

Peki bu bilgi evrenin yaşını ölçerken bize nasıl yarayabilir? E Dünya’nın yaşını ölçerek tabii ki! Dünya, evrenin oluşumundan çok sonra ortaya çıktığına göre, Dünya’nın yaşı, evrenin yaşı için bir limit oluşturur, bize bir fikir verir. Örneğin Dünya’nın yaşı 4.6 milyar yılsa, evren 3 milyar yıl yaşında olamaz. Eğer öyle buluyorsak “İki hesaptan birinde hata olmalıdır” deriz.

İyi de bunu nerede ölçeceğiz? Bulabileceğimiz en yaşlı ne varsa getirin! Haydi yarışıyoruz. Dünya’nın en yaşlı taşını kim bulacak! Ya daaa… Meteorları ölçebiliriz, onlar dışarıdan geliyor. Çok da dışarıdan değil, pek muhtemelen yine Güneş sistemi içerisinden. Fakat işte bu sayede Güneş sisteminin yaşını yaklaşık 4.6 milyar yıl olarak bulabiliyoruz.

Tabii bu işin sadece Güneş sistemi kısmı. Buradan evrenin yaşına gidebilmek için, Güneş sisteminden öncesini de bilmemiz lazım. Güneş’in kimyasal kompozisyonundan, onun evrenin başında oluşan bir yıldız olmadığını, başka bir yıldızın süpernova kalıntılarından oluştuğunu biliyoruz. Yoksa biz de olmazdık yahu! Bizi oluşturan o tüm atomlar, Hidrojenden Helyum’dan Güneş’in annesinin karnının içerisinde kaynaşa kaynaşa oluştu! Tabii, bu ilk yıldızların da bir yaş limiti var, bu limiti de hesaba kattığımızda gördüğümüz şey… Doğru bildiniz, 13.8 milyar yıl ile oldukça tutarlı.

ANAKOL AYRILMA YAŞI

Pek tabii evrende yaşını ölçebileceğimiz tek şey dünyadaki taşlar ya da meteorlar değil. Yıldızların da yaşı var. Üstelik onların yaşını, daha onların diplerine gitmeden ölçebiliyoruz. Gitseydik yanardık zaten 🙂 Yıllar içerisinde astrofizikçiler çok başarılı modeller geliştirdiler. Bir yıldızın doğumundan, büyümesine, ölümüne kadar her sürecini biliyoruz. Ama güzellik esas şunlarda, küresel yıldız kümelerinde başlıyor.

Bunlar on binlerce, yüz binlerce hatta milyonlarca yıldızı çok küçük bir alanda barındıran küresel yapılar. Galaksiler içerisine dağılmış halde bulunuyorlar. Hatta geceleyin teleskobunuzu, yıldız diye gördüğünüz bir yere tutacak olsaydınız, bu kümelerden birine denk gelebilirdiniz. Peki bu yıldız partisi neden bu kadar önemli? Yani tek tek olunca önemli değil de bir araya gelince mi önemli?

Size astrofiziğin altın diyagramını göstereyim: HR diyagramı. Üzerine saatlerce, günlerce konuşulabilecek, detaylarına kitaplar yazılabilecek bir diyagram bu. Ama kısaca, yıldızların parlaklığına karşılık, yüzey sıcaklığının grafiği bu aslında. Yani yüzey sıcaklığı şu kadar ve parlaklığı şu kadarsa, yıldız burada yer alıyor.

Şimdi bunu, bu küresel kümedeki tüm yıldızlar için yaptığınızda, belirgin bir dağılım çıkıyor. Astrofizikçiler bunun sırrını tabii ki on yıllar önce çözdüler. Çoğu yıldızın yer aldığı şu kola, anakol deniyor. Yıldızlar ömrünün çoğunu burada geçirdiği için burası oldukça kalabalık. Örneğin bu Güneş. Zamanla yakıtını tükettikçe ve evrimleştikçe, grafikteki yeri böyle değişecek. Bu sayede yıldızların hayat öykülerini, geçmişlerini, geleceklerini anlayabiliyoruz. 

Tüm kümeyi çizdirince ise, büyülü bir şey oluyor. Anakoldan bir ayrılma görüyoruz. Buna anakoldan ayrılma yaşı deniyor. Her küresel kümede, farklı bir noktadan ayrılma olduğunu görüyoruz. Bu da aslında bize, bir bütün olarak oluşan o kümenin yaşını veriyor. Çünkü hangi yıldızların, nereden ne zaman ayrılması gerektiğini astrofizikçilerin keşifleri sayesinde biliyoruz. Eğer buradan ayrılıyorsa 9 milyar yıl, şuradan ayrılıyorsa 10 milyar yıl yaşındadır diyebiliyoruz.

E süper, o zaman teleskoplarımızı her tarafa çevirelim! Her yerde küresel küme var. Bunları barındırmayan galaksi neredeyse yok! En yaşlısını bulursak, o zaman diyebiliriz ki, evren de bundan daha genç olamaz. Alın size yeni bir limit! Bilin bakalım bu ölçümlerin tanımladığı alt limit ne ile uyumlu? Evet, 13.8 milyar yıldan yaşlı bir küme yok.

E hani evrenden yaşlı bir yıldız vardı Methuselah, ne oldu ona? Bir şey olmadı. Aslında hiçbir şey olmadı, çünkü hiçbir zaman evrenden yaşlı olduğuna dair bir çalışma yayımlanmadı. Yaaa, şaşırdınız değil mi? 🙂 Bu haberler nerden çıktı abi o zaman diyorsanız, alın işte Methuselah’ın yaşını duyuran çalışmanın başlığı: Büyük Patlamadan hemen sonra oluşan yıldız.

Yahu başlığında bile demişler büyük patlamadan sonra oluştu diye… Ama neyi kıvırdıklarını söyleyeyim. Ölçümün hata payını. Hiçbir zaman aslında kesin bir değer ölçmüyoruz. Mesela bu kalemi alsam ve ölçsem… Hmm 5 cm desem de, ölçtüğüm cetvelin tırnaklarının bir kalınlığı var. Örneğin 5.0008 cm diyebilmem pek mümkün değil, bu hassasiyette ölçemiyorum. Herhalde 5.0±0.1 cm’dir. Yani 4.9 cm ile 5.1 cm arasında bir yerlerde olsa gerek! İşte bu çalışmada Methuselah’ın yaş ölçümünün hata payı epey büyüktü. 14.46 ± 0.8 milyar yıl. Yani hata payı 800 milyon yıl! 13.6 da olabilir 15.2’de. Çalışmayı yapanlar evrenin yaşından tabii ki düşük olması gerektiğinin farkında ama 🙂 Drama sevenler belli ki 15.2 olabileceğine inanmış. Zaten sonradan yapılan daha hassas çalışmalar, evrenin yaşından çok daha küçük olduğunu ortaya koydu. Yani aslında haberler böyle sansasyonel olsa da, sesini pek duymadığımız bilim insanları doğrusunu hep biliyordu.

KOZMİK MİKRODALGA ARKAPLAN IŞINIMI

Belki bazılarınız hatırlar, Penzias ve Wilson, antenleriyle ölçüm yaparlarken garip bir gürültü dikkatlerini çekiyor. Bahçedeki korna gürültüsünden bahsetmiyorum, sinyaldeki gürültüden bahsediyorum! Düşünüyorlar ediyorlar, herhalde antendeki güvercin pisliğindendir diyorlar. İşte o güvercin pisliği sandıkları şeyin, aslında evrenin başlangıç zamanlarından gelen radyasyon olduğunu anladıklarında, evreka! Zaten bu keşif sonradan Nobel’i getiriyor. Çünkü bu, kozmik mikrodalga arkaplan ışımasının (CMBR) keşfi. Hatta şöyle antenler taktığımız o tüplü televizyonlar var ya. Hani şöyle bir karıncalı gürültü gösterirlerdi. İşte o gürültünün bir kısmı, kozmik mikrodalga arkaplan ışımasından geliyor.

Evrenin yaklaşık 380 bin yıl yaşındayken tüm uzaya saçtığı bu ışıma, hala bize ulaşıyor. Adeta büyük patlamanın o pat sesinden kalan bir yankı gibi. Tabii astronomlar meraklı, evrenin her köşesinden, ne kadar geldiğini ölçmek, haritalandırmak istiyorlar. Belki şuradan daha fazla geliyordur, belki buradan daha az. Kim bilir? Homojen mi dağılmış, yoksa bir kümelenme mi var? 

Bu harita ilk COBE uydusu tarafından 1992’de elde ediliyor. Pek bir şeye benzemiyor değil mi 🙂 Kıtalar ve okyanuslar gibi sanki. Ama bu aslında evrenin doğumunun ayak izi. Daha iyisi WMAP uydusu ile 2003’te elde edildi. Daha da iyisi ise Planck uydusu ile 2013’te elde edildi. Dikkat ettiniz mi bilmiyorum, ama bilim ilerledikçe, teknoloji geliştikçe harita da detaylanıyor. Çözünürlük artıyor! Ama dikkatinizi çekmesini istediğim detay bu değil.  Harita bambaşka bir şeye dönüşmüyor. Sadece giderek daha hassas sonuçlar alıyoruz. Bakın örneğin bu mavi bölge, hep orada. Yeni keşifler bilimi baştan yaratmıyor yani, onu detaylandırıyor. 

Bu mavi, kırmızı da neyi ifade ediyor derseniz; mavi bölgeler nispeten soğuk, kırmızı bölgeler ise nispeten sıcak yerleri ifade ediyor. Çok şaşırtıcı ama bu iki bölge arasındaki sıcaklık farkının ne kadar çok ya da az olduğu ve nasıl kümelendikleri bize neredeyse tüm evreni anlatıyor.

Bu diyagramdan bahsediyorum. Az önceki CMB haritasının matematik diline dönüştürülmüş hali bu. Şimdi bir orkestra düşünün. Kemanlar, üflemeliler, davullar… Biz hepsini aynı anda duyuyoruz. İşte bu diyagram da, evrenin orkestrası… Bütün seslerin bir araya gelmiş hali. Matematikçiler ve fizikçiler, bu bütünleşik sesi enstrümanlarına ayrıştırmanın yolunu bulmuşlar. Bu diyagrama bakarak, evrendeki madde yoğunluklarını, geometrisini ve yaşını çözebiliyorlar. Örneğin madde yoğunluğu daha fazla olsaydı, grafik şöyle değişmeliydi diyebiliyoruz. Bu sayede, aşırı hassas bir şekilde evrenin yaşını belirleyebiliyoruz.

Zaten sonradan COBE uydusu çalışmaları nedeniyle iki bilim insanı Nobel ödülü alıyor. Bu yüzden çoğu kozmolog COBE’yi, modern kozmolojinin başlangıcı olarak görür. Evrenin doğumunu ölçtüğümüz proje, bizim için de evreni anlamanın doğuşu oluyor…

Bakın üç birbirinden tamamen farklı yöntemden bahsettim. Eğer elimizde tek bir yöntem olsaydı ve farkında olmadan bir yerlerde hata yapıyor olsaydık, bu bir sorun olabilirdi. Fakat birinde hata yapsak bile, diğerleri bundan etkilenmiyor. Üstelik bu yöntemlerin de kendi içerisinde sayısız gözlemi var. O yüzden evrenin 13.8 milyar yıl yaşında olduğuna oldukça eminiz.

E o zaman nasıl oluyor da 26.7 milyar yıl yaşında olduğunu söyleyen bilimsel bir makale yayınlanabiliyor? Çünkü bilimin bir görevi de bu, ne olursa olsun alternatifleri gözünü kapatmamak. Birileri JWST gözlemlerinde bir şey fark ediyor ve acaba diyerek araştırıyorlar. İlla kendi keşifleri olmak zorunda değil, bu aynı zamanda diğerlerinin dikkatini çekmek. Bakın, burada bir şeyler olabilir, dikkat edelim! Diyor yani yazar. Belki biraz daha fazlasını diyor olabilir 🙂 Orasını bilemem. Lakin istedikleri oluyor ve dikkat çekince kısa sürede JWST ile ilgili kalibrasyonda bir problem olduğu ortaya çıkıyor. Yani hakikaten bir problem, bu sayede düzeltiliyor. Sadece o problem evrenin yaşı değil 🙂

Biz de işte habire böyle haberler işitiyoruz. Aslında bunlar tamamen akademik tartışmalar. Ama drama büyük. Ya evren sandığımızdan iki kat daha yaşlıysa! Bak bak bak… Hepimiz yanıldık! Ta ta ta taaannn… Yok öyle bir şey tabii ki 🙂 Eğer öyle olsaydı, yani 26.7 milyar yıl olsaydı, niye her şey 13.8 milyar yıl ile kısıtlı kalsın ki? Hadi 20’yi 25’i bir kenara bırak. En azından 15 milyar yıllık kümeler görmemiz gerekirdi. Hatta bunların her tarafta olması gerekirdi! Keza yıldızlar daha çok evrimleşmeli, kimyasal kompozisyonlar da değişmeliydi. CMB’yi nasıl açıklarsınız artık bol şans… İyi bir bilimsel keşif, zaten çözdüğünden fazla soru ve problem yaratmaz. Tam aksine, onları çözer.

İşte size akademinin ve bazı bilim haberlerinin küçük sırrı. Her şey burada da pek doğru değil. İyi bilim var, kötü bilim var. Sessiz sakin çalışıp, işine bakanlar var. Bir de ne yaparsam meşhur olurum diyenler. Siz sesini duyurmak için pek çaba sarf etmeyenleri bulmaya çalışın. Onlar hep orada. Birileri bazı şeyleri çarpıtıp, gündem yaparken, onlar bu hataları pelerinli kahramanlar gibi sessizce düzeltiyorlar…