Ana sayfa Astronomi Evrenle söyleşiler 10: Bir sarmal gökadayla söyleşi

Evrenle söyleşiler 10: Bir sarmal gökadayla söyleşi

867
PAYLAŞ

Richard T. Hammond

Çeviren: Nalân Mahsereci

Sarmal gökada, büyük sarmal kolları da dahil olmak üzere, kendi yapısını tartışıyor ve bu arada bizim büyük bir gizemimizi de ortaya çıkarıyor. Evren’in dış bölgelerindeki gaz ve yıldızların deviniminin hesabının nasıl yapılabileceğini açıkladıktan sonra, buna göre galaksiyi dolduran büyük miktarlarda görünmez maddenin olması gerektiğini söylüyor. Kışkırtmalarımıza rağmen, sarmal gökada karanlık maddenin ne olduğunu anlatmıyor ve bizi gösterip de vermeyen birkaç ipucuyla öylece bırakıp gidiyor.

 – Gökadaların uzak durmaktan hoşlandıklarını biliyorum, bu nedenle söyleşiye katıldığınız için tekrar teşekkür ederim.

 – Memnuniyetle.

Çok sayıda yıldızdan oluştuğunuzu biliyorum, bir galakside kaç yıldız vardır?

– Aslında ben yıldızların toplamından daha fazlasıyım.

Başka nelerden oluşuyorsunuz?

 – Sizi atomların toplamı olmakla itham etsem, nasıl hissederdiniz?

Pekâlâ, ama özünde atomlardan oluşuyorum…

 – Ruhunuz yok mu, kalbiniz yok mu?

Elbette var, ama…

 – Aması maması yok. Nasıl ki, siz atomların toplamından daha fazlasıysanız, ben de yıldızların toplamından daha fazlasıyım.

Tabii ki haklısınız. Densizlik ettiğim için kusuruma bakmayın, amacım sizi küçük görmek değildi. Bize kendinizden söz etmek ister miydiniz?

– Elbette, gördüğünüz gibi, bir baştan bir başa yaklaşık 100.000 ışık yılı uzunluğundayım ve orta bölgemdeki göbeğim hariç düze yakınım. Buna ek olarak, en basitinden söylersek, çevremde geniş bir küresel dağılım gösteren büyük bir halem var.

Işık yılı, ışığın bir yılda seyahat ettiği mesafe midir?

 – Evet, yaklaşık olarak 9,5 trilyon kilometredir. Yaklaşık 10 milyar yıldız, geniş hidrojen bulutları, karadelikler, kırmızı devler, beyaz cüceler, sayısız Güneş Sistemi, yıldızsız devasa gezegenler, nötron yıldızları, pulsarlar, göremediğiniz madde, manyetik alan ve zengin yapılar içeriyorum; en belirgin özelliğim de, büyük spiral kollarımdır.

Nasıl ve nerede biçimlendiğinizden söz eder misiniz?

– Her şey Evren çok gençken ve hızla genişliyorken başladı. O zamanlar, yani yaklaşık 10 milyar yıl önce, Evren büyük oranda hidrojen, biraz helyum ve önemsiz birkaç şeyden daha oluşuyordu; hepsi bu kadardı. Evren çok sıkıcı olacakmış gibi görünüyordu; sürekli genişlemekle meşgul karanlık bir uzay. O ilk günlerden bizim bugünkü koşullarımızı tahmin etmek, daha ağaç dikilmeden, yaprağının nereye düşeceğini öngörmeye benziyor.

Ne oldu?

– Evren genişlerken içindeki hidrojen düzgün bir dağılım göstermedi. Bazı bölgelerde toplanmıştı; buralarda öteki bölgelerdekinden yalnızca küçük bir miktar daha yoğundu.

Plajda insanların gruplaşması gibi mi?

– Evet, bir farkla, atomlar doğanın yasalarını izler, toplumsal yasaları değil.

Elbette, peki sonra ne oldu?

 – Sonra Evren’in genişlemesi önemsiz hale geldi; yüksek yoğunluklu bölgeler, kendi kütleçekim alanlarının etkisiyle şekillenmeye başladılar. Tabii ki, iç içe geçmiş şekillenmeler vardı; böylelikle gökada oluşurken, yıldızlar ve güneş sistemleri de oluştu.

Yani oluşumunuz böylece tamamlandı?

 – Hayır, henüz değil. Bu gökada küçüktü ve ilk gökadaların çoğu gibi, yalnızca yaklaşık 50 milyon güneş kütlesindeydi. Bununla birlikte, yakın çevresinde onun gibi çok sayıda gökada vardı. Bunlar giderek birbirlerine yakınlaşmaya başladılar. Birkaç milyar yıl içinde de bütünleştiler ve… İşte karşınızdayım.

Görüyorum, ama sizin büyük sarmal kollarınızı da merak ediyorum.

 – Çok hoşlar, değil mi?

Kesinlikle. Onları orada tutan nedir?

 – Düz düşünüyorsunuz.

Elimden gelenin en iyisini yapmaya çalışıyorum.

 – Hayır, demek istediğim benim sarmal kollarımın, bir balerinin dönerken açılan kolları gibi olduğunu düşünüyorsunuz.

Öyle değil mi?

 – Onunkiler öyle, benimkiler değil. Gerçekte olan şudur: Çevremde bir yoğunluk dalgası yayılır, bu sırada gazları bir bölgede sıkıştırır, bir başkasında seyreltir. Yıldızlar bir sarmal kol bölgesine girerken yavaşlarlar ve birbirlerine doğru itilerek yakınlaşırlar. Bu harika süreç, yeni yıldızların doğumunu tetikler.

Yoğunluk dalganızın ses dalgası gibi olduğunu düşünmek, doğru olur mu?

 – Kesinlikle, bir araya gelen ya da uzaklaşanların moleküller yerine yıldızlar olduğunu düşün. Sıcak hava balonuna bindiğini ve kıyıda kırılan dalgaların resmini çektiğini de hayal edebilirsin. Her resim, dalgaları gösterecektir, ama onlar kesinlikle sudan katı yapılar değildir.

Anlıyorum, ama yıldızlar gökadanın merkezinin çevresinde dönmezler mi?

 – Büyük oranda doğru, ama şişkin merkez bölgemde tam bir karmaşa egemendir. Yıldızlar durmaksızın değişen bir ortamda zikzak yaparak ilerler; sayısız çarpışma yaşanır; yamyam karadelikler, uzanabildikleri her şeyi yerler; sıcak gazlar, X-ışınları yayar. İşte, durum budur. Bütün ayrıntıları ben bile izleyemiyorum.

Merkezdeki şişkin bölgenin dışında her şey daha mı sakindir?

 – Evet, o dış bölgelerde, yıldızlar basitçe, merkezimin çevresinde dönerler; bu gezegeninizin Güneş’in çevresinde dönmesini andırır.

Bir yıldızın yörüngesini tamamlaması ne kadar sürer?

 – Uzaklığa bağlı, ama örneğin Güneş’inizin bir tam yörünge oluşturması, iki yüz milyon yıl sürer. Daha uzaktaki yıldızlar daha uzun sürede döner. Ama tam da bu noktada size büyük bir gizem sunuyorum; zaten gözünüzü benden alamamanızın nedenlerinden biri de budur.

Nedir bu gizem?

 – Bu gizem yalnızca gökbilimcileri onlarca yıl boyunca şaşkına çevirmekle kalmadı, aynı zamanda kuramsal fizikçilerin çalışmalarında da asıl besleyici damar oldu. Kuramsal fizikçiler, süpersicim kuramından büyük birleşik kurama kadar, kuramlarına inandırıcılık sağlayan bu gizemi kullanarak, büyük yol kat ettiler.

Bana gizemin ne olduğunu söyleyebilir misiniz?

 – Bu sahip olduğunuz en büyük muammalardan biri.

Lütfen,

 – Tamam, size hikâyeyi anlatıyorum. Yıllar önce, benim kütlemi saptamak için, çevremdeki uzak yörüngelerde bulunan yıldızların hızını ölçmüştünüz.

Hızlarını ölçebildiğimizi bilmiyordum.

 – Evet, zor olmadı; Doppler etkisini kullandınız.

Doppler etkisi diyerek, dalga boyundaki değişimi mi kastediyorsunuz? Tren giderken düdük sesinin pesleştiğini duyarız, bu da daha uzun dalga boyuna karşılık gelir. 

 – Evet ve aynı ilke ışık için de geçerlidir. Yıldızların neden oluştuğunu bildiğinizden beri, ışığın dalga boyunun ne olacağını da biliyorsunuz. Yıldızlar size doğru gelirken, daha kısa dalga boyuna sahip gibi görünürler, maviye kayarlar; ama sizden uzaklaşırken, daha uzun dalga boyuna sahip gibi görünürler, buna da kırmızıya kayma denir.  Aslında hız kırmızıya ya da maviye kayma miktarıyla orantılıdır; işte bu sayede hızı ölçersiniz.

Peki, onların hızını biliyorsunuz ama bunu gökadanın kütlesini elde etmek için nasıl kullanıyorsunuz?

 – Siz hesapladınız, ben değil. Ya da en azından Kepler yaptı. Gezegenlerinizin Güneş çevresindeki yörüngesini analiz ederek, uzaklığın küpünün periyodun karesiyle orantılı olduğu ve kütlenin orantısallık sabitinde içkin olduğu sonucuna ulaştı. Aklıma gelmişken, bunun her zaman sizin gelişiminizde bir dönüm noktası olduğunu hissetmişimdir. Her günlük gazetenin manşetine, neden bu eşitliği iliştirmediğinizi anlayamıyorum.

Tiraj için kötü olur.

 – Tiraj için iyi olan nedir?

Onlar Hollywood’un yıldızlarıyla ilgilenirler, göklerdeki yıldızlarla değil. Yörüngenin yarıçapıyla periyodu bilen Kepler’in, Güneş’in kütlesini öngördüğünü söylediniz. Bu gökadalarda da geçerli midir?

 – Evet, bütün yapmanız gereken şey, optik ölçümlerden bir yıldızın yörüngesinin yarıçapını bulmak, hızdan periyodu hesaplamaktır. Buradan da gökadanın kütlesine ulaşırsınız.

Peki, gizemli olan nedir?

 – Kepler yasalarına göre, uzaklık arttıkça ya da merkezimden daha uzaktaki yıldızlarda, periyot daha uzun olmalıdır, değil mi?

Doğru.

 – Bunun kısmi nedeni, yıldızların daha yavaş ilerlemesinden dolayı periyodun uzamasıdır. Örneğin, Merkür Güneş’inizin çevresinde saniyede yaklaşık 50 kilometreyle döner. Venüs’ün dönüşü saniyede 35 km ile, Dünya’nınkiyse yaklaşık 30 km ile olur. Zavallı, yaşlı Plüton ise yaklaşık saniyede 5 km ile gıdım gıdım ilerler. Uzaklaştıkça, yavaşlama artar.

 – Yani gökadada, en dıştaki yıldızlar, içteki yıldızlardan daha yavaş ilerlemeli. Bütün bunlar, Kepler’in yasasında mı öngörülüyor?

 – Evet, bu aynı zamanda Newton’un kütleçekim kuramından ve Einstein’in genel görelilik kuramından da çıkarılır. Kuram çok iyi kurulmuştur.

Öyleyse, gizemli olan nedir?

 – Dıştaki yıldızlar içtekilerle aynı hızda ilerliyor! Bu sadece yıldızlar için de geçerli değildir. Dış bölgelerimdeki gazları da ölçebiliyorsunuz. Aslında, dış bölge ölçümlerinin çoğu, gaz ölçümleridir; fakat sonuç aynıdır. Belirli bir uzaklıktan ötesinde, yörüngemdeki bütün nesneler aynı hızla hareket ediyor.

Güneş’in yörüngesindeki gezegenlerden farklı olarak, uzaktaki nesneler, yakındakilerden daha yavaş ilerlemiyor, öyle mi?

 – Aynen. Eğer bir hız-uzaklık grafiği çizecek olsan, uzaklık arttıkça hızın düşüyor olduğunu değil, hızın aynı kaldığını, yani düz bir çizgiyi görürsün. Bazı insanlar buna, düz rotasyon eğrilerinin gizemi diyor.

Bir dakika, dıştaki yıldızların daha düşük hızda olması gerektiğini ispatlayan kuramlara ne oldu? Einstein’ın adını da anmıştınız.

 – Bu konu üzerinde iki düşünce okulu oluşmuştur. Biri der ki, kuram yanlıştır, hepsi hepsi, gerçekte sadece Güneş Sistemi büyüklüğündeki şeylerde test edilmiştir, halbuki bir gökada bundan çok daha büyüktür. Dolayısıyla, kuramlar küçük ölçekte doğrudur, ama…

Güneş Sistemi büyüklüğüne küçük ölçek mi demek istediniz?

 – Evet, benim için Güneş Sistemi mikroskobik büyüklüktedir. Yani kuramlar küçük ölçekte geçerlidir, ama büyük ölçekte işe yaramamaktadır. Söz ettiğim bu okul, birçok öğrenci için çekici değildir.

Peki diğer okul ne diyor?

 – Karanlık madde.

Bunu size sormayı planlamıştım, biraz açabilir misiniz?

 – Memnuniyetle. Kurama göre, merkezimden uzaklardaki yıldızlar, daha yavaş dönmelidir. Böyle olmalıdır çünkü, kütlenin çoğundan uzaktadırlar. Kütleden uzakta olursanız, kuvvet zayıflar, kuvvet zayıflayınca, ivme de küçük olur. Sonuç olarak, yolculuklarını daha yavaş yaparlar.

Bunu açıklamıştınız.

 – Evet ama, daha yavaş ilerlemelerinin altında yatan nedenin, kütlenin çoğundan uzakta bulunmaları olduğunu vurgulama gereği duyuyorum.

Anlıyorum.

 – Öte yandan, eğer görünenden daha çok kütle varsa, bu görünmeyen madde, dıştaki yıldızların ve gazların gözlenen hızları için gereken ek kuvvetleri yaratıyor olabilir.

Bütün bu görünmeyen madde nerede?

– Farklı teoriler var; ama asıl olarak, görünmeyen maddenin bütün gökada boyunca, bütün halem boyunca yayıldığı düşünülüyor.

Bu düz rotasyon eğrilerini açıklayan görünmeyen madde, karanlık madde mi?

 – Evet.

Ve göremediğimiz için mi ona karanlık madde diyoruz?

 – Evet.

Ne kadar karanlık madde var?

 – Teorilerinizin çoğu karanlık madde miktarının, görünen madde miktarından 10-20 kat daha çok olduğunu öngörüyor.

Karanlık maddenin bildiğimiz maddeden daha mı çok olduğunu söylüyorsunuz?

 – Çok daha fazla.

Bu inanılmaz. Karanlık madde neden oluşmuştur?

 – İşte, büyük ikramiyeyi kazandıracak sorumuz da budur.

Bugünlerde buna beş yüz milyar sorusu deniyor.

 – Her neyse, bu fizik ve gökbilimde yanıtlaması en zor sorulardan biridir.

Neden bilinen bir şey olamıyor, mesela hidrojen gibi?

 – Benim milyarlarca yıl yaşında olduğumu hatırla. Böylesi devasa miktardaki hidrojen ya yıldızlara çökmüş olurdu ya da bir şekilde sıcak kalarak kendini ayrı tutmuş olsaydı, onu görürdünüz. Bu durum diğer tür sıradan maddeler için de geçerlidir.

Peki ya bizim Jüpiter gibi büyük gezegen tipi nesnelere çökmüşse?

 – O zaman çok sayıda Jüpiter olurdu.

Ya karadelikler, onları göremiyorsunuz değil mi?

 – Evet, görebilirsiniz; karadelikle söyleşinizi hatırlayın. Gazların kara deliğin içine düşerken yaydıkları X-ışınlarını görebilirsiniz.

Evet, ama yıldızlar kadar parlak değillerdir, eğer boş bir bölgede olsalardı, orada içlerine düşecek herhangi bir gaz olmazdı…

 – Evet, haklısınız; ama biz gökadalarda dikkate değer miktarda gaz ve toz bulutu bulunur. Yine de söylediğin şey olasıdır. İşin özü, karanlık maddenin çeşitli baryonik nesnelerden oluşuyor olabileceğini ileri süren spekülasyonlar ve teoriler vardır.

Baryonik nesneler?

 – Proton ve nötron içeren sıradan madde demenin fantastik bir yolu. Neyse, bu nesnelere Macho da (1) diyebilirsiniz, Büyük Kütleli Yoğun Hale Nesneleri.

Evet, programımda bir Macho ile söyleşi yapmak da var, gerçekleştirmeye gayret edeceğim.

 – Güzel, sizi itmesine izin vermeyin. Son 30 yılın bu problemine, bazı fizikçikler ve gökbilimciler belirli türdeki macholar ya da büyük gaz bulutları gibi kabul gören birtakım çözümler ortaya koydular; ama bazıları da bunların çözüm olamayacağını gösterdi.

Eğer karanlık madde sıradan madde olamıyorsa, ne olabilir?

 – Bu da gizemin bir kısmı. Kütleçekim kuvveti açısından ele alındığında, sıradan madde gibi davranmalıdır; ama gözlemlerin her türlüsünde de görülemez kalmalıdır; ne optik, ne X-ışını, ne radyo dalgaları ne de başka gözlemlerde.

Peki ne olacak?

 – Karanlık maddenin bir wimp olduğunu düşünen büyük bir kesim var.

Wimpten oluştuğunu mu söylüyorsunuz?

 – Evet, siz bir wimp (2) ya da zayıf etkileşimli kütlesel parçacık olan nötralino ile söyleşi yapmıştınız. Adından dolayı bir parça kırgın görünüyordu, neden olduğunu anlamıyorum, bu sadece bir kısaltma.

Kişiliğiniz gereği bunlara şaşırıyorsunuz. Karanlık madde wimp olabilir mi?

 – Evet ya da henüz gözleyemediğiniz bir başka egzotik parçacık.

Bütün bunlarla ilgili beni rahatsız eden bir durum var.

 – Söyleyin.

Gökadadaki maddelerin, dolayısıyla Evren’in yüzde 90’ı ya da daha fazlasının karanlık madde olduğunu söylüyorsunuz.

 – Evet.

Ve bu madde sıradan bir madde değil; wimp ya da başka bir tür egzotik parçacık.

 – Evet.

Benim problemim işte burada.

 – Sadece bir tane probleminiz olmasına sevindim, devam edin.

Yüzlerce yıl boyunca sayısız deneyimden çıkartarak yarattığımız bütün fizik yasalarımız sıradan maddeyle yapılmış durumda. Benjamin Franklin ve uçurtmasından CERN hızlandırıcısına kadar. Eğer sıradan madde gerçekten azınlıksa ve de küçük bir azınlıksa bütün bu yasalarımızın doğru olduğundan nasıl emin olabiliriz?

 – Mağarada oturan biri, sadece gölgeleri gözlemleyerek, gerçekliğin var oluşunun özüne nasıl varabilir diye soruyorsunuz.

Platon mu okudunuz?

 – Platon’u severim. Kendinize soru sormak zorunda kalırsınız, Evren hakkındaki her şeyi gerçekten öğrendiniz mi? Eğer öyle olsaydı fizikçilerin kuarkları aramayı bırakmaları ve uygulamalı konulara geçmeleri gerekirdi; örneğin daha iyi tost makineleri tasarlamaya çalışmak gibi. Yoksa büyük ve keşfedilmemiş bir denizin varlığını ortaya çıkaran ilk adımı mı attınız?

Sizin bana söyleyeceğinizi umuyordum…

 – Size şunu söyleyeceğim: Bütün büyük keşifleriniz bilgisayarın keşfedilmesinden önceydi. Newton’un insanüstü işleri, elektrik ve manyetizma yasalarının keşfi, Einstein’in harika başarıları, kuantum mekaniğinin bütün formülasyonları; istatistiksel mekanikten söz etmiyorum bile.

Bilgisayar kullanmamamız gerektiğini mi söylüyorsunuz?

 – Hayır. Onu kullanın, geliştirin, ama ona tapmayın. Düşünmek zorundasınız. Ben çok şey gördüm, geçirdim; bütün Evren’deki en harika ve biricik eylem budur.

Bilgisayarlara çok fazla güvendiğimizi mi söylüyorsunuz?

 – Sadece bilgisayarlarınıza değil. Bana çok derinlikli bir soru sordunuz, ben de yanıtlamaya çalışıyorum. Her şeyi ya da hemen hemen her şeyi bildiğini söylemek, bırakmaya, sorgulamayı sonlandırmaya karşılık gelir. Sorular olmadan yanıtlar da olamaz.

Anlıyorum.

 – Anlıyor musun? Hatırla, önemli olan şu ya da bu maddenin göreli bolluğu değildir. Ne ölçümlerin niceliği ne de araçların niteliği önemlidir. En önemli şey düşünmenin niteliğidir. Beni anlıyor musun?

Evet, bu aynı zamanda bu söyleşiye katılmanızın da nedeni, öyle değil mi?

 – Kesinlikle.

Benim için çok değerli bir deneyimdi, çok teşekkür ederim.

 – Rica ederim.

 

Dipnotlar

1) Machos: Massive Compact Halo Objects; Büyük Kütleli Yoğun Hale Nesneleri.

2) Wimp: Weakly İnteracting Massive Particle; Zayıf Etkileşimli Kütlesel Parçacık.