Ana sayfa 138. Sayı Parçacık fizikçileriyle evrenbilimcilerin ‘mutlu beraberliği’ boşanmayla mı sonuçlanacak?

Parçacık fizikçileriyle evrenbilimcilerin ‘mutlu beraberliği’ boşanmayla mı sonuçlanacak?

332
PAYLAŞ
Karanlık erkenin ne olabileceğine dair bir sanatçının izlenimi. (Kaynak: https://www.skatelescope.org/dark-energy/)

Derleyen: Prof. Dr. E. Rennan Pekünlü

Karanlık erke yalnızca gökbilim gözlemleriyle araştırılabilecek derin ve ilginç bir sorunsaldır. Ancak bu sorunsal birçok ilginç sorunsaldan yalnızca bir tanesidir ve “çözümü” çok düşük olasılıkla yapılabilecektir. Karanlık erkenin sınırları belirlenebilir, bu konudaki olasılıkların çoğu dışlanabilir, ancak birçoğu da varlığını sürdürecektir. Karanlık erkenin büyüleyici bir sorunsal olduğu yadsınamaz, ancak bu yüksek erke fiziğinin sorunsalıdır. Gökbilimciler olarak astrofiziğin ilgi alanlarından vazgeçip karanlık erkenin temel doğası sorunsalıyla kandırılmamalıyız.

Sunuş

Almanya’nın Garching bei München Kenti’ndeki Max Planck Enstitüsü Astrofizik Bölümü yöneticisi olan Simon D. M. White’ın, Reports on Progress in Physics (70, s.883-897, 2007) dergisinde “Köktenci fizik: Karanlık erke gökbilim için neden kötüdür” (“Fundamentalist physics: why Dark Energy is bad for astronomy”) başlıklı bir makalesi yayımlanıyor. Birçok ödül sahibi ve bilimler akademi üyesi olan White, karanlık erke (enerji) sorunsalı ile ilgili ilginç saptamalarda bulunuyor.

Simon D. M. White 30 Eylül 1951 yılında İngiltere Kent Eyaleti Ashford Şehri’nde dünyaya gelmiştir. Yazarın SAO/NASA Astrophysical Data Systems (ADS) sayfalarında çok sayıda (723) makalesi görünüyor. Makalelerin çoğu ApJ, AJ, MNRAS, A&A gibi birinci sınıf dergilerde yayımlanmış. Makalelerin en eskisi 1975 yılında ApJ de “UBV Photometry of NGC 2439”; ADS sayfalarındaki son makalesi de MNRAS 2015 “Surface photometry of brightest cluster galaxies and intracluster stars in LambdaCDM”. 2015 yılındaki makale sayısı 30! Makalelerine aldığı atıf sayısı 93066!

Yazarın ilgi alanı: gökadaların yapısı, oluşumu, evrimi ve kümelenmesi; karanlık özdek (madde), karanlık erke; kozmik yapı oluşumlarının öykünümü (simulation); evrenbilim. Çalışmalarını sürdürdüğü gözlemevleri: David Dunlap, Las Campanas, Wisw, Palomar, Lick, Steward and Multi-Mirror Telescope, Kit Peak National, La Palma, Einstein and ROSAT X-Ray uyduları, ESO, VLT/UT1, ISAAC, VLT/UT2, FORS2.

Simon D. M. White.

Simon D. M. White birçok ödülün yanı sıra, 1997 yılında İngiliz Kraliyet Topluluğu’na, 2005 yılında Alman Ulusal Akademisi’ne, 2007 yılında ABD Ulusal Bilimler Akademisi’ne üye seçilmiştir. Amerikan Astronomi Topluluğu’ndan Helen B. Warner Ödülü; Amerika Fizik Enstitüsü ve Amerika Astronomi Topluluğu’ndan Dannie Heineman Ödülü ve İngiliz Kraliyet Astronomi Topluluğu’ndan Altın Madalya almıştır.

White’ın “Köktenci fizik: Karanlık erke gökbilim için neden kötüdür” başlıklı yazısını sunuyoruz.

Gökbilimciler evrenimizdeki çeşitli süreçleri ve gökcisimlerini gözler. Yüksek erke fizikçileriyse, uzay, zaman ve özdeğin temel nedenlerini ortaya çıkaracak olan deneyler yaparak temel kuramın (“fundamental theory”) gözlemlerle tutarlılığını sınar. Karanlık erke bu iki farklı araştırma alanı arasındaki özgün ilişkiyi oluşturur. Karanlık erke temel kuramın en ince ayrıntılarını yansıtır ve varlığı yalnızca gökbilim alanında yapılan gözlemlerle kanıtlanabilir. Sözü edilen araştırma alanlarında çalışanlar, gökbilimciler ve parçacık fizikçileri, karanlık erkenin sınırlarını belirleyecek gökbilim projelerini destekliyor. Ancak Simon D. M. White bu alandaki yakınlaşmanın gökbilime zarar vereceğini ileri sürüyor:

Gökbilim ve parçacık fiziği değişik yöntemleri ve değişik kültürleri olan araştırma alanlarıdır. Gökbilimciler kendilerine yabancı bir araştırma alanının yöntemlerini eleştirel olmayan bir yaklaşımla benimseyerek şu an başarıyla sürdürdükleri çalışmalarını ve bu çalışmaların gelecekteki canlılığını tehlikeye atıyorlar. Karanlık erke kuşkusuz gökbilim gözlemleriyle araştırılabilecek ilginç sorunsallardan yalnızca birisidir ve bu alana yapılan büyük yatırımlar önemli bir ilerlemenin gerçekleşeceği anlamına gelmez.

Hemen hemen tekdüze dağılım gösteren karanlık erke alanı, günümüz evreninin erke yoğunluğunda baskın olan etmendir ve evrenin giderek ivmeli genişlemesinin nedenidir. Bu niteliğiyle astrofizikçilerin ve yüksek erke fizikçilerinin ortak ilgi alanını oluşturuyor. Karanlık erkenin görünürdeki ve özellikle de son derece düşük erke ölçeklerindeki özellikleri, standart modelin ve onun bir uzantısı olan süpersicim kuramının öngöremediği bir durumdur. Bu durum çoğu araştırmacıya göre karanlık erkenin çekim ile diğer kuvvetlerin birleşimini yansıttığına işaret ediyor. Kısacası, karanlık erkenin günümüz hızlandırıcıların eriştiği erke düzeyinin oldukça üzerinde olması laboratuvarlarda gözlenemeyeceğine işaret eder.

Öyle görünüyor ki, karanlık erkenin özellikleri ancak gökbilimsel gözlemlerle ve özellikle de evrenin günümüzde gözlenen genişlemesi ve kozmik yapıların büyümesiyle belirlenebilir. Böylesi ölçümler çok sayıda gökadalar, gökada kümeleri ve süpernovalar gibi karmaşık yapıların gözlemlerini gerektiriyor. Sonuçta, süpernovalar ve kozmik yapıların oluşumuyla ilgilenen gökbilimciler, karanlık erkeye ilişkin gereksinim duyulan kesin özelliklerin sergilenmesi için parçacık fizikçileri ve astrofizikçi evrenbilimciler ile ortak proje tasarlıyorlar. Böylesi bir işbirliği, her iki araştırma alanının değişik yöntemleri ve değişik motivasyonları nedeniyle yararın yanı sıra riskler de taşıyor.

Karanlık özdek ve karanlık erke

Son yirmi yılda ortaya çıkan paradigma, kozmik yapıların evrimine ilişkindir. Bu paradigmanın en çarpıcı yanı, günümüz evreninin öngörülememiş ve görünürde birbirinden bağımsız iki bileşenine -karanlık erke ve karanlık özdek– yapılan vurgudur. Gökada dinamiğini açıklayabilmek için görünmeyen özdeğe olan gereksinim ilk kez 1930 yılında Fritz Zwicky tarafından ileri sürülmüştür. Ancak geçen 25 yılda kozmik yapıların büyümesi konusunda, yeni türden, zayıf etkileşen ve çekimsel olarak baskın parçacıklar ön plana çıkmıştır. Evrenimizin günümüzdeki ivmeli genişlemesinden karanlık erkenin sorumlu olduğu görüşü de geniş bir onay görmüştür; oysa ki Einstein’ın çekim kuramında sunulan kozmolojik sabit gözlemlere açıklama getirebiliyor.

Karanlık özdek ve karanlık erke hem yüksek erke fizikçileri hem de astrofizikçiler tarafından temel birer öğe olarak görülüyor. Karanlık özdek olmaya aday tüm temel parçacıklar parçacık fiziğinin yenilenip gelişmesini gerektiriyor; günümüzde en çok yeğlenen aday en hafif süperbakışık (süpersimetrik) parçacıktır. Eğer bu öngörü doğrulanırsa, erken evrenin süperbakışıklığı bozacak denli sıcak olduğu kanıtlanacaktır. Diğer yandan karanlık erke günümüz parçacık fiziği kuramlarının kökten değişimini dayatacaktır. Bu değişiklik, süpersicim kuramlarının herhangi birinde, genel görelilik kuramıyla kuantum mekaniğinin birleşmesiyle olabilecektir.

Karanlık özdek ve karanlık erkeye ilişkin kanıtlar tamamen gökbilim gözlemlerinden kaynaklanıyor ve öyle görünüyor ki, karanlık erkenin geçerlilik sınırlarını yalnızca gökbilim gözlemleri sağlayabilecektir. Kısacası, günümüz yüksek erke fiziği deneylerinde en sıcak gündem olan karanlık erke, gökbilimde yapılacak gözlemlere bağlıdır. Bu nedenle, bu sorunu ele alma konusunda her iki bilim dalı da büyük girişimlerde bulunmak için işbirliği yapıyor.

Ancak, gökbilim açısından baktığımızda, karanlık özdek ve karanlık erke sorunsalları alanın diğer dallarıyla etkileşimde farklı niteliklere sahiptir. Karanlık özdek gökada kümelerinin ve gökadaların oluşumunu ve bu yapıların tüm özelliklerini belirler. Karanlık özdeğin uzaydaki dağılımı çekimsel mercekleme gözlemleriyle dolaysız olarak haritalanabilir. Yine karanlık özdeğe ilişkin bilgiler, hem gökada dinamiği ve gökadalararası gaz dinamiği gözlemlerinden dolaylı olarak, hem de mikrodalga ardalan ışınımındaki dalgalanmalardan derlenebilir. Günümüzde en çok yeğlenen karanlık özdek adayı, bilinen parçacıkların en hafif sürerbakışık yoldaşı, yok edilme ışınımı (annihilation radiation) üreteceği için henüz tasarım aşamasında olan gama ışın teleskopuyla algılanabilir. Karanlık özdek yakın gelecekte yeraltı “teleskopları”yla dolaysız olarak algılanabilir; yeraltı “teleskopları”nın bilinen parçacıklarla karanlık özdek parçacıklarının zaman zaman gerçekleşen çarpışmalarını ölçme yeteneği hızla gelişiyor ve belki de Büyük Hadron Çarpıştırıcısı’nda (Large Hadron Collider’da) yapılacak deneylerde de algılanabilir. Böylece karanlık özdek çalışmaları, gökada ötesi gökbilim ve astrofiziksel kozmolojinin birçok dalında olduğu gibi, astroparçacık deneyleri ve hızlandırıcılardaki araştırma programları için de olanaklar sunabilecektir.

Karanlık özdeğin tersine, karanlık erke çalışmaları astrofiziğin ve deneysel parçacık fiziğinin diğer dallarına çok az veya hiç etkide bulunamayacaktır. Karanlık erkenin karanlık özdek ile etkileşimi sonucunda gökada ve/veya gökada kümesi gibisinden kozmik yapıların gözlenebilir etkilerine ilişkin modeller önerilmiştir, ancak bu modellerin çoğunda karanlık erke ve karanlık özdek birbirinden bağımsızdır. Karanlık erke, etkisini yalnızca evrenin genişleme tarihçesinde ve yapılardaki düzensizliklerin doğrusal büyümesinde gösterir. Eğer Einstein’ın çekim kuramı doğruysa, karanlık erkeye ilişkin bilgiler, kozmik zamanın bir işlevi olarak genişleme oranına ilişkin gökbilim gözlemlerinden türetilebilir.

Eğer karanlık erke kozmolojik sabit gibi davranıyorsa, elimizdeki gökbilim verileri uzayın genişleme tarihçesiyle tutarlıdır. Bu konuyla ilgili parametrenin günümüzdeki değerine ilişkin hesaplamalar w~ – 1 ± 0,1’dir, burada w = – 1 tüm zamanlardaki kozmolojik sabittir. Gökbilimciler için bunun anlamı şudur: Kozmik genişleme tarihçesi yeterince güvenilir bir biçimde belirlendiğinden bu değerin daha ayrıntılı elde edilmesi yönündeki çalışmalar, kozmik yapıların oluşma tarihçelerine en fazla çok küçük bir değişiklikte bulunacaktır.

Kısacası, karanlık özdeğin doğasının aydınlatılması tipik bir astrofizikçinin sorununa damgasını vurur ve ilgi alanının diğer yanlarıyla etkileşimini sağlarken, karanlık erkenin doğasının belirlenmesi bir “temel” sorunsaldır ve bu belirlemeye giden yol astrofiziğin diğer alanlarına çok az etki yapacaktır.

Hubble Uzay Teleskopu’nun görüntülediği, Abell 1689 gökada kümesi içinde karanlık madde haritası. Abell 1689 gökada kümesinin, gözlenen kütleçekimsel merceklenme etkisi nedeniyle, önemli miktarda karanlık madde içermesi gerektiği düşünülüyor. (Kaynak: https://www.nasa.gov)

Bunun iki sonucu olacaktır. Uzayın genişleme tarihçesindeki ve kozmik mikrodalga ardalan ışınımındaki sıcaklık dalgalanmalarının daha ince ayrıntılarına ilişkin çalışmalar bizim, yıldızların, gökadaların ve daha büyük ölçekli yapıların oluşumu ve evrimi konusundaki bilgilerimizi geliştirmeyecektir. Bu bilgilerimizi günümüzde kısıtlayan belirsizlikler, birçok karmaşık ve karşılıklı etkileşim içindeki astrofiziksel süreçlerdir. Buna karşın, bu belirsizlikler karanlık erkenin sınırlarını belirlemeye ilişkin becerimizi artıracaktır. Örneğin, Ia türü süpernovalar günümüzde kozmik genişlemenin tarihçesi için en iyi araştırma yöntemidir ve planlanmış programlar kullanarak, iyi gözlenmiş örneklerin boyutlarını ve kırmızıya kayma değerlerini, istatistiksel yanılgıların en küçük değerlerine dek ölçebiliriz.

Ne yazık ki, yüksek kırmızıya kayma gösteren süpernova ataları daha genç gökadalarda oluşup patladılar. Bu durum, süpernovaların veya onların içinde bulunduğu ortamın özellikleri, kırmızı kaymaya bağlı değişimlerin çok küçük olmasına neden olur. Algılanamayan bu değişim karanlık erke sinyali araştırmalarında kafa karışıklığına neden olur ve ölçümlerin doğruluğuna sınırlamalar getirir. Buna benzer sistematik yanılgılar, önerilen araştırmaları da etkiler çünkü ölçümler oldukça karmaşık yapılara sahip gökcisimleri ve süpernovalar üzerinde yapılmaktadır. Kısacası, karanlık erke sınırları üzerine getirilmeye çalışılan daha doğru sınırlamalar, evrenimizdeki gökcisimlerinin evrimlerini anlamamıza yardımcı olamayacaktır, ancak bu konudaki bilgisizliğimiz de karanlık erke sınırlarına ilişkin çabalarımızı kısıtlayacaktır.

Karanlık erke gökbilim çalışmaları için neden kötüdür?

Astrofiziksel araştırmaların başlıca güdücü konusu olan karanlık erke üzerine yapılan vurgu, yalnızca astrofiziğin yöntemsel temelini değil, aynı zamanda bu konuların çekiciliğini, gelecek nesillerin en yetenekli astrofizikçilerini ve kamuyu olumsuz etkileyecektir. Böylesi olumsuz sonuçlar astrofiziğe yabancı olan yüksek erke fiziği kültürünün astrofiziğe bulaşması ve özellikle de gökbilimi etkileyen bağımsız bir eğilim olan “büyük bilim” ile birlikte gelerek olacaktır.

Bu konuda üç tür çekince bulunuyor: Büyük programların tasarımında risk değerlendirmesi uygun olmayacaktır; sınırlı kaynaklar astrofizikte yeni alanlar açamayacak ve daha geniş araştırma alanları yüceltemeyecektir; ve “temel değerler” dizgesini yüceltmek, gökbilimin, parlak, çok yaratıcı, en tutkulu ve istekli genç biliminsanlarının gözünde çekiciliğini yitirmesine neden olacaktır.

Son zamanlarda mikrodalga ardalan ışınımı çalışmalarındaki olağanüstü ilerleme, birçok kişiyi, astrofiziksel kozmolojinin temel fizikte yeni bir pencere açtığına inandırdı. Bu ilerlemeler olasıydı; çünkü gözlenen ışınım, basit bir durumda doğrusal tedirginlikler sergiliyor. Bu ışınımın evrimi üzerinde inceden inceye ve doğru bir biçimde çalışma yapılabilir.

Buna ek olarak, mikrodalga ardalan ışınımı üzerine ön alanın etkileri oldukça zayıftır ve çok küçük karmaşıklığa neden olacak cinstendir. Ardalan ışınımı üzerine elde edilen bu başarıyla evrenbilime yönelmiş olan “kökten fizikçiler” (fundamentalist physicists) çoğu zaman koşulların özgünlüğünü kavramakta yetersiz kalıyor. Bu bağlamda helyosismolojiyle mikrodalga ardalan ışınımı arasında bir karşılaştırma yapabiliriz. Güneş’in yapısı üzerine yapılan çalışmalar Güneş’ten kaynaklanan ses dalgalarının yayılması gözlemiyle yapılır. Güneş’te ses dalgalarının üretilmesine neden olan tedirginlikler de doğrusaldır ve yayıldıkları ortamın fiziği de çok iyi anlaşılmıştır. Bu alanda gerçekleştirilmiş olan dikkatli ölçümler, çok sayıdaki dalga biçemleriyle (wave modes) ilgili son derece doğru sonuçlar vermiştir. Ancak kozmik mikrodalga ardalan ışınımı çalışmalarından elde edilen, istatistiksel güvenirliğine ve doğruluğuna ilişkin sonuçlar, ışınımı oluşturan altyapının karmaşık olması nedeniyle kuşku doğmasına neden oluyor. Örneğin, güneş evrimine ilişkin standart modellerin, helyosismolojinin sonuçlarına uygun gelebilmesi için gereksinim duyduğu başlangıç ağır elementler niceliği, Güneş atmosferinden tayf analiziyle elde edilen niceliğin hemen hemen iki katıdır.

Karanlık maddenin sanatsal bir temsili. (http://www.zmescience.com/space/astrophysics-space/dark-energy-dark-matter-11032014/)

Karanlık erkenin astrofiziksel açıdan anlaşılmasının en iyi yolları karmaşık dizgelerden geçer: Evrenin genişleme tarihçesini izlemek için süpernovalar; özdeğin büyük ölçeklerde dağılımındaki dalgalanmaları özetlemek için gökadalar; önalandaki kütle dağılımının neden olduğu çekimsel merceklemenin izini sürmek için ardalan kaynakları olarak gökadalar ve kozmik yapıların büyümesinin işaretçileri olarak gökada kümeleri. Astrofizikte kazanılan deneyimler bu tür programların son başarısının sistematik etkilerle belirleneceğine işaret ediyor; örneğin, süpernovalar bağlamında ata yıldızın ve çevresindeki ortamın evrimi; gökadalar ve gökada kümelerine ilişkin gözlemler ve kuramsal nicelikler arasındaki doğrusal olmayan ve belirlenemez ilişkiler. Bu tür sistematik çalışmalar doğası gereği önceden değerlendirilemez ve program tamamlanıncaya dek tanısı yapılmamış olarak kalırlar.

Karanlık erke deneylerinin doğruluğuna ilişkin son değerlendirmeler tamamen istatistiksel çalışmalar temelinde yapılır ve “en olası” sonuç, en iyimser değerlendirme olarak sunulur. Karanlık erke hayranları kozmik ardalan ışınımı çalışmalarındaki başarılardan yüreklendirildi ve çoğu zaman sınırlamaların ayırtına varamadılar, sofistike istatistiksel çalışmaların en olası sonucu vereceğini sandılar. Bu durum araştırma alanını binlerce süpernova ölçme veya uzayın çok büyük bir bölümünün görüntüsünü çıkarma gibi çok pahalı deneyler tasarlayıp yapıp ölçme çekincesiyle karşı karşıya bıırakır. Sonuçta w ölçüm sonuçlarının önceki çalışma sonuçlarından biraz daha iyi olduğu bulunur. Eğer yapılan deney, diğer astrofiziksel amaçlar için kullanışsız olacaksa, elde edilen parasal destekler harcanmış olacaktır. Bu da kesinlikle astrofizikçilerin suçlanmasına neden olur!

İkinci çekince, karanlık erkeye yapılan bu yoğun vurgu, astrofizikte bir sonraki aşamanın olanaklarını planlarken, astrofiziğin gücünü yitirmesine neden olacaktır. Gökbilimciler duyarlılık, dalgaboyu aralığı, uzay ve renk çözünürlüğü gibi teknik yeteneklere yoğunlaşıp yeni algaçlar tasarlarken, geleneksel olarak ortaya çıkacak riski en aza indirmeye çalışırlar. Bu yaklaşım çok geniş sorunsalların çözümü konusunda ilerleme sağlar, özellikle de gözlemevi temelinde yapılan çalışmalar, ilginç olduğuna inanılan yeni projelerin sunulmasını sağlar.

Bazı karanlık erke projeleri bu amaca uygundur. Örneğin, geniş – alan X – ışın ve milimetre dalgaboyunda yapılacak olan gökyüzü taramaları çok sayıda uzak gökada kümelerinin tanısından başka, uzayın geniş bir bölgesini ilgili dalgaboylarında daha önce ulaşılmamış olan duyarlıkta ve çözünürlükte görüntüleyecektir. Bu olanaklar, sınırlı da olsa gözlemevlerinde gerçekleşecektir. Diğer karanlık erke projeleri, örneğin, süpernovaları araştıran veya büyük ölçekte gökada ve kütle dağılımı ölçümlerinde baryonik özdek araştırmaları bu konularda elde edilen duyarlılıkta, çözünürlükte veya dalgaboyu aralıklarında bir gelişme göstermeyecektir.

Bu tür araştırmalar astrofiziğin diğer alanlarında gelişmelere neden olamayacaktır. Örneğin gökyüzünün iki kare derecelik bölgesinin derin fotometrik görüntüsü zaten yapıldı ve yüz binlerce sönük gökadaya ilişkin verileri topladı. Gökada oluşumu ve evrimine ilişkin yalnızca birkaç çalışma, karanlık erke projesinin sağladığı örneklere benzer ancak 1000 kez daha fazla veriden yararlanacaktır. Varolan algaçların duyarlılığı bu projelerin yeteneği düzeyinde olduğu için, projelerin gözlemevi biçeminde uygulanması teşvik edici nitelikte olmayacaktır.

Burada astrofizik çalışmaları için ortaya çıkan çekince şudur: Gökbilimcilerle parçacık fizikçilerinin yakınlaşması karanlık erke deneyleri yararına güçlü bir lobi oluşturacaktır. Önerilen büyük projeler arasındaki doğal rekabette bu tür bir lobi X-ışın, radyo, moröte ve kızılöte dalgaboylarında gözlem yapan geleneksel gözlemevlerinin zararına olacaktır. Gökbilimciler, onların temel araştırma alanlarına çok az etkisi olacak olan deneylerle zamanlarını, erkelerini ve kaynaklarını yitirecekler, bu arada, onları geleneksel olarak yaratıcılığa, yeniliğe ve alanlarında bilgi artırımına süren olanakları feda etmelerine neden olacaktır.

Karanlık erke ortak projelerinin üçüncü ve en ciddi çekincesi şudur: Köktenci yüksek erke parçacık fizikçilerinin, “Karanlık erke doğasının açıklığa çıkarılması günümüz astrofiziğinin en acil sorunudur” görüşünü onarlarsa, astrofizikçiler kendi kültür dokularının temelini arkadan vururlar, astrofiziğin, gelecek nesillerin yaratıcı biliminsanlarına ve geniş ölçüde kamuya olan çekiciliğini yok ederler.

Şekil 1’de NASA’nın Astrofizik Veri Tabanından (ADS) derlenmiş olan bir bibliyografik istatistik gösterilmiştir. Bu istatistikte son 30 yılda astrofizikteki ve uzay bilimlerindeki değişiklikler gösterilmiştir. 1975 yılında yaklaşık 8500 yazar hakemli dergilerde toplam 8900 makale yayımlatmıştır. 2006 yılında yazar sayısı dörde katlanmış, ancak makale sayısı yalnızca iki kat artmıştır. Gökbilim topluluğunun üye sayısı büyük ölçüde artmış, üyelerin üretkenliğindeki azalış, yayımlanan her bir makaleye daha fazla bireyin adının yazılmasıyla maskelenmiştir. 1975 yılında birinci sınıf dergilerde yayımlanan tüm makalelerin yüzde 40’ından fazlası bir yazarlı ve yüzde 3’ünden azı 6 veya daha fazla yazarlıydı.2006 yılında yayımlanan makalelerin yalnızca yüzde  9’u tek yazarlı ve yüzde 28’i 6 veya daha fazla yazarlıdır.

Smitsonian/NASA Astrophysical Data System verileriyle oluşturulan yayın istatistiği. Şekil 1975-2006 döneminde astrofizik etkinliklerinin arttığını gösteriyor. Sürekli siyah çizgi hakemli dergilerde yayınlanan astrofizik makalelerinin yıllık sayısını gösteriyor. Uzun kesikli yeşil çizgi bu makalelerin ayrı ayrı yazarlarına işaret ediyor. Noktalı-kesikli mavi çizgi makalede adı geçen yazarların ortalama sayısını gösteriyor. Kısa kesikli kırmızı çizgi her bir makalenin referans listesine giriş ortalama sayısını gösteriyor. Tüm istatistikler 1975 yılında birim değere normalize edilmiştir. 1975 yılına ait gerçek değerler parantez içinde gösterilmiştir.1975 yılından 2006 yılına dek olan sürede etkin olarak çalışan astrofizikçilerin sayısı dört kat artmıştır. Hakemli dergi makaleleri ve her bir makaledeki yazar sayısı iki kattan fazla artmıştır.

Bireysel çalışmalar yerine grup çalışmalarına doğru bir eğilimin olduğu kesin, ancak burada çalışmanın ölçütü olarak alınan atıflar öne çıkarılıyor. Bu uygulama da, Şekil 1’de görüleceği gibi bir başka eğilimi güçlendiriyor: hakemli astrofizik makalelerinin referans listesi 1975-2006 döneminde ortalama 3,4 kat artmıştır. Bir yazarın belli bir yılda aldığı atıf sayısı, makale sayısı, yazarın referans listesinin uzunluğu, atıf alan makaledeki yazar sayısı çarpımıyla belirlendiği için 2006 yılında atıf almak 1975 yılında hatta 1995 yılında atıf almaktan daha kolaydır.

Uç bir örnek olarak, makalelere yapılan atıf bazında dördüncü sınıf bir astrofizikçinin, geçtiğimiz son on yılda, hakemli dergilerde isminin birinci sırada yer aldığı bir makalesi yoktur; aldığı atıflar, grup çalışmasında tamamen işlevsel rolü olduğuna ilişkin imzaladığı resmi belgeler nedeniyledir. Sayısı giderek artan bu ortak çalışmalar daha fazla astrofizikçinin yönlendirilmiş, yarı işlevsel rolü olduğuna ve çok azının gerçekten yaratıcı bilim yaptığına işaret eder.

Büyük ve uzun erimli projeler üzerine yoğunlaşma parçacık hızlandırıcılarını kullanan fizikte baskın duruma gelmiştir. Karanlık erke projeleri astrofizikte de bu eğilimi ivmelendirecektir. Yalnızca büyük gökyüzü taramaları kozmik genişleme ve yapıların büyüme tarihçesinin yüzde 1 oranında ilerletme beklentisi var. Bu birincil gökyüzü taramalarının başarısının karanlık erke sorunsalının ötesinde astrofiziğe etkisi çok az olacaktır. Bu gökyüzü taramalarında araştırmacıların çoğu veri kalitesi ve projenin zamanında bitirilmesi gibi işlevsel görevlere yoğunlaşacaktır. Bu durumu, bireylerin veya küçük grupların yeni fikirler geliştirip yeni algaçlar yaptığı durumla karşılaştırırsak, geleneksel gökbilim araştırmalarının bilimsel kazanımlarının daha büyük olduğu görülür.

İleri görüşlü gözlemevi geliştirme programı daima yeni sorunsalların varlığını ve bilimsel cepheyi genişletme olanaklarını garantiler. Bu genç araştırmacılar için çekici bir modeldir. Yani mezun olan öğrenciler bilimsel katkılarda bulunabilir, uluslararası ve heyecan verici alanlarda kendilerini kanıtlayıp bağımsız araştırmacılar olabilir. Büyük gökyüzü tarama projelerinde, özellikle de karanlık erke araştırmalarında bu tür olanaklar çok enderdir.

Astrofiziksel araştırmaların önündeki üçüncü sorun da budur. Eğer karanlık erke sınırlarını belirleme amacıyla yapılacak olan çok büyük gökyüzü tarama projeleri gökbilim projelerine baskın gelirse, astrofiziksel yeni gelişmelerde yavaşlama olacak ve yaratıcı bireysel araştırma alanları kısıtlanacaktır. Bu durum, ilgi alanımızın birçok istekli genç biliminsanlarına daha az çekici olmasına, ilgilerinin biyofizik veya nanoteknoloji gibi diğer alanlara kaymasına neden olacaktır. İlginin geleneksel çok çeşitli alanlar yerine bir tek “temel” sorunsala yoğunlaşması, gökbilimin kamudaki ilgisini de köreltecek, bilimsel çalışmalarımız için gerekli pahalı aygıt, algaç, vb. için vergi mükelleflerinden gelecek desteği azaltacaktır. Karanlık erke “fareli köyün kavalcısının kavalıdır”, gökbilimcileri parlak vaatlerle kendi ilgi alanlarından uzaklaştırıp parçacık fiziği alanına kaymalarına ve orada da mesleklerini yitirmelerine neden olacaktır.

Ne yapmalı?

Yukarıda özetlenen olumsuz sonuçlar bugünkü konumumuzdan kaynaklanacak anlamına gelmiyor. Benim bu makaledeki amacım, gökbilimcilerin dikkatini onları bekleyen çekinceye yoğunlaştırmaktır. Eğer gökbilimciler, eleştirel yaklaşımlarını terk edip, sırf parçacık fizikçileri karanlık erkenin doğasını açıklığa kavuşturmayı “temel” bir sorunsal olarak gördüğü için, çabalarını ve kaynaklarını o yöne akıtırlarsa, büyük bir çekinceyle karşı karşıya kalırlar. Bu konuda “maliyet-yarar” analizini ince eleyip sık dokumaları gerekiyor. Gözlemsel astrofiziğin doğal sınırlarının ve gökbilim topluluğuyla parçacık fiziği topluluğunun kültürel farklılıklarının ayırtına varmamız gerekiyor.

Karanlık erke yalnızca gökbilim gözlemleriyle araştırılabilecek derin ve ilginç bir sorunsaldır. Ancak bu sorunsal birçok ilginç sorunsaldan yalnızca bir tanesidir ve “çözümü” çok düşük olasılıkla yapılabilecek bir sorunsaldır. Gökbilimcilerin beklenen duyarlıkta gözlem yapıp yapamayacaklarını bilemiyorum, yapabilecek olsalar da, yüksek erke kuramcıları uzayın gözlenen genişlemesi ve büyük ölçekli yapıların büyüme tarihçesiyle uyumlu birçok model geliştirebilecektir. Karanlık erkenin sınırları belirlenebilir, bu konudaki olasılıkların çoğu dışlanabilir, ancak birçoğu da varlığını sürdürecektir. Gökbilimciler bu konuda uyanık olmalıdır ve karanlık erke projelerine olan gereksinimle astrofiziğin temel sorunsallarına ilişkin projeler arasında bir denge kurmalıdır. Astrofiziğin ilgi alanlarından vazgeçip karanlık erkenin temel doğası sorunsalıyla kandırılmamalıyız.

Temel fizikçilerin, “karanlık erke gökbilim çalışmalarının başlıca sorunsalı olmalı” görüşünü onamadan karanlık erkeyi gökbilimsel çalışmaların temel sorunu olarak onamak için aşağıdaki önerileri sunuyorum:

1) Astrofizikçiler kendi alanlarının ve yüksek erke fizikçilerinin kültürleri arasındaki farkın ayırtında olmalıdır. Astrofizikçiler gökbilimdeki bulgular konusunda tartışmaya istekli olmalıdırlar – evrenin genişlemesi, kimyasal elementlerin yıldızlarda oluşması, karadeliklerin varlığı ve Güneş’ten daha kütleli oldukları, gökadaların sürekli olarak biçim değiştirdikleri, başka yıldızların çevresinde başka gezegenlerin dolandığı. Gökbilimciler, uzay zaman ve özdeğin yapısının araştırılmasının daha derin ve daha temel sorunlar olduğuna, bu nedenle fiziksel dünyaya ilişkin bilgilerimizin genişlemesi çabasında entelektüel öncelik verilmesine ilişkin parçacık fizikçilerin “temel” savlarına karşı direnmelidir.

2) Büyük gökbilim projeleri, karanlık erke sorunsalını temel güdücü olarak alan projeler de dahil olmak üzere, astrofiziğin çevrenini (ufkunu) genişletecek biçimde tasarlanmalıdır. Süpernova araştırmaları, evrenin genişleme tarihçesinin izini sürmenin yanı sıra, süpernovaların evrim sürecini ve geliştikleri ortamdaki yıldızlar topluluğuyla olan ilişkilerini aydınlatacak yeterli nicelikte bilgi toplamalıdır. Gökada kırmızıya kaymaları ile ilgili araştırmalar, iyi tanımlanmış gökadaların nitelikli tayflarını elde etmelidir ki gökada evrimleri üzerine kaliteli araştırmalar yapılabilsin. Ayrıca, gökada kümelerinin standart uzaklık ölçeği olarak kullanılabilmeleri için uzaysal boyutlarının ölçülmesi gerekir.

3) Projelerin önceliği, ilgi alanının amacına göre değil, bir bütün olarak astrofiziğin gelecekteki ilerlemesini sağlayacak biçimde olmalıdır. Karanlık erke araştırmaları bağlamında bunun anlamı şudur: Kozmik genişleme ve yapıların büyümesindeki doğrusal dalgalanmalar gibisinden temel niceliklerin ölçümlerindeki iyileştirmelerin, fiziksel kozmolojinin diğer alanlarına önemli katkıda bulunma olasılığı oldukça düşüktür.

4) Büyük projelerin çok sayıda araştırmacıya ve uzun zaman dilimlerine gereksinimi vardır. Bu durum genç biliminsanlarının yaratıcılık şansı üzerine olumsuz etki yapacaktır. Araştırma grubunda genç biliminsanlarını bekleyen bu olumsuzluğun ortadan kaldırılması için çok çeşitli bilimsel amaçların yüceltilmesi gerekir. Uzayın 2 açı derecelik bölgesinde gökada kırmızıya kayma araştırması (Two Degree Field Galaxy Redshift Survey – 2dFGRS) ve Sloan Dijital Uzay Taraması (Sloan Digital Sky Survey – SDSS)  göreli olarak dar bir bilimsel amaç için tasarlanmıştı, ancak bu alanlarda çalışan gruplardaki genç biliminsanları elde edilen verilerle çok geniş araştırma alanları açtılar. SDSS örneğinde, araştırma verilerinin hepsinin kamuya açık veri tabanı oluşturulmasıyla tüm dünyadaki gökbilimcilerin bu verilere ulaşıp kendi SDSS projelerini yapmalarını ve araştırma grubunun olanaklarıyla bireysel yaratıcılık şansının artmasını sağladılar.

5) Bilimsel bilgiye yapılan katkının ödülü o alanda ilk öngörüden ve bu öngörünün gerçekleşmesi çalışmasında yaratıcı yanların ortaya çıkarılmasından sorumlu olan kişiye verilmelidir. Günümüzde, astrofizikte geçerli olan değerlendirme biliminsanının adı geçen makaleye aldığı atıf sayısıyla ölçülüyor; kişi çalışmanın tek yazarı mı yoksa 165 kişilik yazar listesinin 47. sırasındaki mi önemli değil. Bu durum, yazar ve referans listesinde enflasyonu körükler, yaratıcı çalışmanın görünürlüğünü sulandırır. Aslında sulandırmanın ilk aşaması büyük gruplar halinde çalışmada yatıyor. Bu sulandırmaya karşı alınacak önlem makalenin ilk yazarına daha fazla hak tanıyıp diğer yazarlara normalize edilmiş atıf sunmakla (N yazarlı makalede diğer yazarlara 1/N oranında atıf hakkı) sağlanabilir. Bu yöntem yazar listesindeki enflasyon eğilimini engelleyebilir ve her bir astrofizikçinin bireysel katkısına daha adil bir değerlendirme sağlar. Eğer bu yeteneklerin tanısını uygun bir biçimde yapamazsak, o genç ve yaratıcı astrofizikçiler başka çalışma alanlarına kayabilir.

6) Astrofizikçiler etkinliklerini yüksek erke fiziği alanında değil, kendi kültürel bağlamlarında yaşama geçirmelidir. Öğrenci ve genç biliminsanlarıyla etkileşimde bu noktaya özellikle dikkat edilmelidir. Karanlık erkenin büyüleyici bir sorunsal olduğu yadsınamaz, ancak bu yüksek erke fiziğinin sorunsalıdır. Karanlık erkenin anlaşılmasındaki yaratıcılık, planlanmış gökbilim araştırmalarından gelmeyecektir. Planlanmış gökbilim araştırmaları astrofiziğin çok iyi bildiği niceliklere ilişkin daha doğru ölçümler yapacaktır. Sözü edilen gözlemlerin doğruluğu temel sorundur, ancak kişi, devasa veri tabanlarının işlenmesi veya veri çözümlemesinin istatistiğiyle ilgilenmezse, bu temel sorun çok az bilimsel yaratıcılık şansı sunar.

Avrupa Güney Gözlemevi’nde (ESO) ufukta Samanyolu Gökadası yükselirken, ona eşlik eden başka gökadalarda görüntüye girmiş… (Kaynak: http://www.eso.org/)

Parlak ve ihtiraslı öğrenciler eğer çalışma alanlarında yüksek etki yapacak olan bireysel katkı şansı görürlerse, astrofizikçi olmaya karar vereceklerdir. Karanlık erke araştırmalarında bu tür şans büyük ölçüde gökcisimleri üzerinde yapılacak olan çalışmalardan gelecektir. Parasal destek kazanma telaşıyla projeye karanlık erke etiketi yapıştırmak, gökbilimi “ikincil” öneme indirmek anlamına gelir, bu yaklaşım kozmik genişleme ve büyük yapıların büyüme tarihçesine ilişkin ölçümleri daha az önemli kılar.  Karanlık erkenin birçok modelin öngörüsünden daha karmaşık (veya farklı) olduğu ortaya çıkabilir. Karanlık erkenin doğasına ilişkin bu kritik ipucu hassas ölçümlerden çok gökada kümeleri gibi yapılara ilişkin geleneksel gökbilim araştırmalarından gelebilir.

Gökbilim fizik bilimleri arasında en eski tarihçeye sahip olduğunu ileri sürer ve eğitilmiş toplumlarda yarattığı kültürel ve entelektüel ilgi diğer fizik dallarınınkinden daha fazladır. Bu nedenle, birçok üniversite bölümleri astronomiyi fiziğin büyük bir davasının temsilcisi veya savunucusu olarak görür. Gökbilim, çalışma ve ilgi alanı bilimsel olmayan kamuya anlayabileceği bilimsel yöntem, öğrencileri de fiziğe çekerek geniş bir hizmet alanı sunar. Çekicilik gökbilimdeki çeşitlilikten kaynaklanır. Gökbilim insan topluluklarına dolaysız olarak uygulanamaz ancak dünyamızın ve içinde bulunduğumuz evrenin gelişimine ilişkin bilgi dağarcığıyla çekiciliğini sürdürür. Gökbilimin bu gücü temel fiziğin değişik ve onu tamamlayıcı yanını oluşturur. Astrofiziğin süregelen canlılığı tüm gerçeğin altında yatan derin gerçeğin sınırlarını araştırıp bulma yeteneğinde değil, evrenimizi ve içindeki gökcisimlerini oluşturan süreçlere ilişkin açıklamalarıyla hem bizim hem de kamunun büyülenmişliğini sürdürmesinde yatar.