Hawaii Üniversitesi Astronomi Enstitüsü’nden R. Brent Tully ve arkadaşları galaksimizin de içerisinde bulunduğu süperkümenin sınırlarını belirlemeyi başardılar. Daha önceki ölçümler sonucunda galaksimizin bulunduğu süperkümenin adı Virgo Süperkümesi’ydi ve çapı 110 milyon ışık yılı kadardı. Yeni çalışmayla birlikte Virgo’yu da kapsayan süperkümemizin gerçek çapı 520 milyon ışık yılı olarak hesaplandı. Süperkümenin adı, Hawaii dilindeki lani (cennet) ve akea (ölçülemez) sözcüklerinin birleştirilmesiyle Laniakea olarak belirlendi.
Hawaii Üniversitesi Astronomi Enstitüsü’nden R. Brent Tully ve arkadaşları yayınladıkları bir makale ile Samanyolu galaksimizin de içerisinde bulunduğu süperkümenin sınırlarını belirlediler. Daha önce bir süperkümenin sınırları doğrudan belirlenemiyordu. Bu yeni çalışmayla birlikte, süperkümelerinin sınırlarının belirlenmesi problemi de çözülmüş oldu.
Bu çalışmanın nasıl yapıldığını aktarmadan önce astronomi ve kozmoloji alanlarından ihtiyacımız olan bazı bilgilere göz atmak faydalı olacaktır. Astronominin oldukça merak uyandıran bir bilim dalı olması, astronomiye dair ihtiyaç duyulan bilgilerin miktarını da artırıyor. İhtiyaç duyulan bu bilgileri açıklarken mümkün olduğunca terminolojiden uzak durmaya çalışacağım.
Bazı temel kavramlara göz atalım
Bildiğimiz gibi Güneş Sistemi merkezde bulunan Güneş ve kütle çekim etkisi altında etrafında dönen gezegenlerden ve gezegenlerden çok daha küçük kütleli cisimlerden oluşuyor. Burada bir sistemden söz etmemizin esas nedeni kütle çekimdir. Tıpkı Dünya ve Ay gibi. Ay, Dünya’nın kütle çekimine hapsolmuştur. Dünya da Güneş’inkine.
Benzer şekilde galaksi veya gökada, kütle çekim etkisiyle birbirine bağlı yıldızlar, yıldızlar arası madde ve burada değinmeyeceğimiz karanlık maddeden oluşan sistemdir. Samanyolu galaksisi, Güneş’in de aralarında bulunduğu 200-400 trilyon kadar yıldızdan oluşmaktadır. Güneş, galaksinin merkezi etrafında saniyede 220 km hızla dönmektedir. Güneş gezegenleri ve Dünya’mızı beraberinde sürüklediği için Güneş’in bu hızını günlük hayatta algılamamamız çok doğaldır.
Yıldızlar galaksileri, galaksiler kümeleri, galaksi kümeleri de süperkümeleri oluşturur. Burada sözü geçen tüm sistemler kütle çekim etkisi altında birbirine bağlı sistemlerdir. Örneğin Samanyolu, Andromeda ve Triangulum galaksileri aynı küme içerisinde birbirine kütle çekim etkisiyle bağlı galaksilerdir.
Yıldızların ya da galaksilerin uzaklıkları nasıl ölçülüyor?
Arabayla yolda giderken, yol kenarındaki ağaçların hızla yanımızdan geçtiğini görürken uzaktaki evlerin size göre yavaşça hareket ettiğini fark etmişsinizdir. Hele bir de çok uzaklara bakıyorsanız… Örneğin Ay’ın sürekli olarak size göre durduğunu gözlemlersiniz. Uzaktaki bir cisme bakarken, bir adım sağa kaydığınızda onun kaç derece (ıraklık açısı) yer değiştirdiğini ve bir adımınızın ne kadar olduğunu biliyorsanız o cismin sizden ne kadar uzakta olduğunu hesaplayabilirsiniz. Biliminsanları da benzer şekilde bir yıldızın uzaklığını hesaplamak için Dünya’nın Güneş etrafındaki dönüşünden faydalanıyor. Kabaca ifade edecek olursak Dünya, 6 ayda bir Güneş’in diğer tarafına geçmiş oluyor, yani Güneş’e olan uzaklığımızın iki katı kadar yer değiştirmiş oluyoruz. Böylece bir adım yana kayarak yaptığımız hesabı yıldızlar için de yapabiliriz. Yer değiştirme mesafemiz ne kadar artarsa daha uzaktaki cisimlerin bizden uzaklığını hesaplamamız o kadar mümkün oluyor. Cisimler uzaklaştıkça sözü geçen yer değiştirme açısı küçüldüğü için hesap yapmak imkânsızlaşıyor. Yukarıda anlattığım yöntemi kullanarak Samanyolu galaksimizde bulunan yıldızların bizden uzaklığını hesaplayabiliyoruz. Ya bizden çok uzakta bulunan diğer galaksiler…
İki tane yanan özdeş mumumuz olsun. Birisini yakına diğerini de uzağa koyalım. Yakında olan daha parlak, uzakta olan ise daha sönük görünecektir. Eğer yakında olanın uzaklığını biliyorsak uzakta olanın uzaklığını da hesaplayabiliriz. Parlaklık, uzaklığın karesiyle orantılı olarak azalacaktır. Astronomide, Tip-1a süpernova adı verilen yıldız patlamaları parlaklık olarak birbirinin neredeyse aynısı olduklarından mesafelerin hesaplanmasında sözünü ettiğimiz özdeş mumların yerine kullanılabilmektedir. Böylece gözlemleyebildiğimiz bütün galaksilerin yaklaşık uzaklıklarını hesaplamak mümkün oluyor.
Bir yıldızın hızı nasıl hesaplanıyor?
Yolda giden bir ambulansın siren sesini, ambulans size yaklaşırken daha ince, sizden uzaklaşırken de daha kalın şekilde duyarsınız. Buna Doppler etkisi denir. Bu durum sesin dalga özelliğinden kaynaklanır. Bu dalga, tepeli çukurlu bir su dalgası gibi düşünülebilir. Bir dalga kaynağının saniyede ürettiği dalga tepesi (ya da çukuru) sayısına frekans denir. Ses dalgalarının frekansı yüksek ise biz bu sesi ince, düşük ise kalın olarak algılarız. Size doğru gelen bir dalga kaynağının (ses kaynağı, siren) ürettiği dalgaların, iki tepesi arasındaki mesafe kısalacaktır. İki tepe arasındaki mesafe (dalga boyu) kısalınca frekans artacaktır, yani ses incelecektir. Benzer şekilde sizden uzaklaşan bir kaynağın ürettiği ses dalgalarının dalga boyu büyüyecek, böylece ses kalınlaşacaktır.
Işık da ses gibi dalga özelliği gösterdiği için tarif ettiğimiz Doppler etkisini ışıkta da gözlemlemek mümkün. Bizden uzaklaşan ışık kaynaklarının yaydığı ışınların frekansını daha düşük gözlemleriz. Seste düşük frekans kalın sese tekabül ederken ışıkta ise kırmızı renge tekabül eder. Bu yüzden bizden uzaklaşan yıldızların yaydığı ışınların kırmızıya kaydığını söyleriz. (Bunu söylerken, tıpkı kulağımızda olduğu gibi gözümüzün de algılayamadığı yüksek ve düşük frekansların olduğunu belirtmekte fayda var. Kızılötesi, radyo dalgaları gözümüzün algılayabildiğinden düşük frekansa, morötesi, x-ışını ve gama ışınları gözümüzün algılayabildiğinden yüksek frekansa tekabül eder.) Bize yaklaşan ışık kaynaklarını ise daha yüksek frekansta gözlemleriz, buna maviye kayma denir.
Yıldızlarda çokça bulunan hidrojen atomunun yaptığı belli ışımaların frekansını tam olarak bildiğimiz için, bir yıldızdan gelen bu ışımanın frekansına bakarak yıldızın bize yaklaştığını mı yoksa uzaklaştığını mı bilebiliriz. Dahası matematiksel hesaplarla yıldızın yaklaşma ya da uzaklaşma hızını hesaplayabiliriz.
Bir yıldız ya da galaksi, yalnızca bize doğru hareket etmiyor olabilir. Kaba tabirle yana doğru da hareket ediyor olabilir (açısal hız). Bu hızı da yıldızın ya da galaksinin bir yıl içerisinde kaç derece yer değiştirdiğine ve uzaklığına bakarak hesaplayabiliriz. Bu hesaplama cisimler uzaklaştıkça zorlaşacaktır. Çünkü uzaktaki cisimler bize göre bir yıl içerisinde hiç yer değiştirmemiş gibi görüneceklerdir. Galaksimizde bulunan yıldızlar, diğer galaksilere göre, bize daha yakın oldukları için galaksimizde bulunan yıldızların açısal hızları bu yöntemle hesaplanabilmektedir.
Bir galakside kaç yıldız bulunur? Bir galaksinin kütlesi ne kadardır?
Samanyolu galaksisinde 200-400 trilyon yıldız bulunuyor. Galaksimizin kütlesi ise Güneş’in kütlesinin 800-1500 trilyon katı kadar. Bu kadar devasa bir yapının içerisindeki yıldızları tek tek saymak, bir kumsalda bulunan kum taneciklerini tek tek saymak kadar imkânsız bir işlem. Eğer bir kumsalda bulunan yaklaşık kum sayısına ihtiyacımız olsaydı belirli bir hacimde kaç tane kum olduğunu ve bütün kumsalın hacmini bilmemiz yeterli olabilirdi. Kumsalda derine kazdıkça kum yoğunluğu artabilir, bu durumda integral öğrenmek için gerçek bir nedenimiz olurdu ve bu hesabı yine yapabilirdik. Galaksilerde bulunan yıldız yoğunluğu da galaksi merkezinden dışarıya doğru azalmaktadır. Astronomlar benzer hesapları kullanarak yıldızların yaklaşık sayısını hesaplayabiliyorlar.
Şimdi de kumsaldaki kumların toplam kütlesine bakalım. Belirli bir hacimdeki kum kütlesini hesaplayarak işe başlamalıyız. Kumsalın toplam hacmini ölçebildiğimiz için kütlenin yaklaşık değerini hesaplayabiliriz.
Kumsalda bulunan kum tanelerinin her biri aynı boyutta ve aynı kütleye sahip olmayacaktır. Fakat kumsalda bulunan kum tanelerinin ortalama kütlesini hesaplarsak, kütle hesabı için yapmamız gereken, bu ortalama kütleyi toplam kum sayısıyla çarpmak olacaktır. Bu iki yöntem de kütle hesabında bizi yaklaşık olarak doğru sonuca ulaştırır.
Benzer şekilde, daha büyük ölçekte galaksi sayısı da hesaplanabilir. Yaklaşık olarak 100-1000 trilyon civarında galaksinin olduğu tahmin ediliyor. Bu hesaplama da yaklaşık olarak yapılan bir hesaplama. Her ne kadar bütün galaksiler birbirlerinden farklı sayıda yıldız içerseler de toplam yıldız sayısını hesaplamak için galaksi sayısı ile bir galakside bulunan yıldız sayısını çarpabiliriz. Ortaya çıkan sonuç için 1’in yanına 22-24 civarında 0 koymak gerekiyor.
Kozmik genişleme nedir?
Bir galaksinin uzaklığını ve galaksinin bize hangi hızla yaklaştığını/uzaklaştığını hangi yöntemlerle hesaplayabildiğimizi inceledikten sonra bu başlığı ele almak yerinde olacaktır.
Biliminsanları gözleyemeyebildiğimiz galaksilerin uzaklıklarını ve galaksilerin bize göre hızlarını ölçtükten sonra, uzakta olan galaksilerin daha hızlı olarak bizden uzaklaştığını tespit ettiler. Yakında olan galaksiler görece daha yavaş olsa da yine de bizden uzaklaşmaktadırlar. Bu uzaklaşma neredeyse bütün galaksiler için geçerlidir. Çok sayıda galaksi incelendiğinde uzaklıkla doğru orantılı bir uzaklaşma söz konusudur.
Elimize doğrusal bir lastik alalım ve lastik üzerine belirli aralıklarla çizgiler çekelim. Lastiği çektiğimizde bütün noktaların birbirinden uzaklaştığını görmek mümkün olacaktır. Ortadaki noktalardan birisi bizim galaksimiz olsun. Bütün noktalar bizden uzaklaşacaktır. Uzaktaki noktalar ise daha hızlı bir şekilde bizden uzaklaşacaktır.
Sözünü ettiğim bu kozmik genişleme modeli bütün galaksiler için geçerli olacaktır. Özcesi evrenin özel bir noktasında bulunmuyoruz. Lastik üzerinde bulunan her nokta için aynı özellik geçerli olacaktır. Evrende yaşanan kozmik şişme, şişmekte olan bir balonun yüzeyinde bulunan noktaların birbirinden uzaklaşması örneğine daha yakındır. Balonu şişirdikçe her nokta için diğer bütün noktalar daha uzak yerlere giderler. En uzakta bulunan nokta daha hızlı uzaklaşır.
Yaşadığımız süperkümenin sınırları yeniden belirlendi
Uzun bir girişten sonra sıra şimdi de Laniakea ile tanışmaya geldi. Verilen bilgiler ışığında biliminsanlarının yaptığı çalışmanın daha iyi anlaşılacağını sanıyorum.
Hawaii Üniversitesi Astronomi Enstitüsü’nden R. Brent Tully ve arkadaşları yaptıkları gözlemler sonucunda Samanyolu galaksisinin de içinde bulunduğu süperkümenin sınırlarını belirlemeyi başardılar.
Bu hesaplamaları yaparken, uzaklıkla doğru orantılı olarak tanımladığımız kozmik genişleme hızını galaksilerin hızından çıkararak galaksilerin “gerçek hız”ını hesapladılar. Daha somut şekilde ifade edecek olursak, söz ettiğimiz lastik üzerinde iki tane karınca düşünelim. Bu iki karınca birbirlerine doğru hareket etseler bile, biz lastiği gerdiğimiz için bu iki karınca birbirinden uzaklaşacaklar. Sözünü ettiğimiz “gerçek hız” lastiğin çekilmediği durumdaki karıncaların birbirine göre olan hızıdır.
Buradaki mesele şu soruyla özetlenebilir: Evren genişlemiyor olsaydı gerçekte hangi galaksiler bize doğru, biz de onlara doğru hareket ediyor olurduk? Sözü geçen bu hareketin kaynağı şüphesiz ki kütle çekim. Eğer böyle bir çekim altında birbirine doğru hareket eden galaksi kümeleri varsa burada süperküme diyebileceğimiz bir sistemden söz edebiliriz.
Brent Tully ve arkadaşları galaksilerin “gerçek hız”larını kullanarak galaksimizin de içerisinde bulunduğu süperkümenin sınırlarını belirlemeyi başardılar. Daha önceki ölçümler sonucunda galaksimizin bulunduğu süperkümenin adı Virgo Süperkümesi’ydi ve süperkümenin çapı 110 milyon ışık yılı kadardı. Biliminsanlarının yaptığı bu yeni çalışmayla birlikte Virgo’yu da kapsayan süperkümemizin gerçek çapı 520 milyon ışık yılı olarak hesaplandı.
Hawaii’de yapılan bu çalışma sonrasında süperkümenin adı, Hawaii dilindeki lani (cennet) ve akea (ölçülemez) sözcüklerinin birleştirilmesiyle Laniakea olarak belirlendi.
