Konu Tarihi: 29.03.2014- 16:47

---

Evrenin fosil kayıtlarından yeni bir seda



BICEP 2 deneyiyle ilgili yapılan açıklamaya göre, bulgular diğer deneylerle de doğrulanırsa erken evrenin hızlı şişme kuramı lehinde bir kanıt olarak algılanabilir. Eğer bu ilişki doğruysa, bugün gözlenen etkinin nedeni evren henüz saniyenin milyar kere milyar kere milyar kere milyarda biri yaşındayken gerçekleşmiş olmalı.


17 Mart 2014 Pazartesi günü Antartika'da konuşlanmış BICEP2 deneyinin bilim grubu evrenin oluşumunun en erken safhalarında gerçekleşen olaylar hakkında bize yepyeni fikirler verebilecek bir gözlemi açıkladı. Bu yazıda gözlenen olgunun manasını evrenbilim açısından kısaca iletmeye çalışacağım.

Hubble: Evren genişliyor

17 Mart 1929 tarihinde E. Hubble yaptığı gözlemler sonucunda galaksilerin bizden uzaklaştıklarını ve uzaklaşma hızının galaksiler ne kadar uzaksa o kadar arttığını bulduğunu açıkladı.   Bu uzaklaşmayı evrenin dokusunun, yani maddenin içinde yer aldığı uzayın bir bütün olarak genişlemesiyle açıklamak en sade yaklaşımdı. Hubble'ın gözlemleri ve Einstein'ın genel görelilik kuramı birleştirildiğinde ortaya çıkan evrenbilim, zamanla en küçüklerin bilimi olan parçacık fiziğini de kullanarak evrenin eski zamanlardaki gelişimi üzerine kesin söylemler üretebilen bir kurama evrilmiş,   modern kozmoloji doğmuştu.

Penzias ve Wilson: Bu parazit de ne?

A. Penzias ve R. Wilson Bell adlı astronomlar Bell Laboratuarlarında çalışmaya sırasıyla 1958 ve 1962'de başlamışlardı. Uydularla iletişimin geliştirilmesi için oluşturulan bir projenin ilk ayağında kurulmuş ama sonradan Telstar uydusunun 1962 yılında kullanıma girmesiyle açıkta kalmış büyük radyo antenini kendi astronomik gözlemleri için kullanmak üzere çalışmalarına başladılar. İlk fark ettikleri olgu antenin sürekli sabit bir sinyal aldığıydı. Önceleri bunu bir parazit sandılar: Anteni her yöne çevirdiler, antenin kendi yapısı üzerinde çalıştılar, hatta antende yuva yapmış güvercinlerle bile -nihayetinde üzücü yollarla- baş ettiler, ama ne kadar uğraşsalar da bu sabit sinyalden kurtulamadılar. Sanki evrenin her yönünden gelen bir fısıltı anten aracılığıyla duyuluyordu. Kozmoloji çerçevesinde bu tür bir fısıltının olabileceği biliniyordu; iletişim kurulduğunda, Penzias ve Wilson'un bulgularının manası hemen anlaşıldı.



Şekil 1: Kozmik mikrodalga ışımasının sıcaklık farklılıkları. Bu şekilde dünyanın hareketi ve galaksimizden kaynaklanan KAI farklılıkları çıkartılmıştır. Kırmızı noktalar daha sıcak mavi noktalar daha soğuk. Şekilde orta eksen galaksimizin bulunduğu eksendir ve tüm gökyüzü harita olarak izdüşürülmüştür.

Kurama göre gözlenen evrenin gelişimi geriye doğru izlersek gitgide daha küçülüp saha sıcak olduğunu çıkarsarız. Bu tarihte öyle bir nokta vardır ki -kabaca evren 400.000 yaşındayken- ondan önce evrende atomlar değil, elektronlar, protonlar ve ışık parçacığı olan fotonlardan oluşan oldukça sıcak bir çorba vardır. Çok kabaca anlatırsak, bu zamandan önce ışık evrenin içinde fazla yol alamaz ve diğer parçacıklarla sürekli etkileşir: Evren tıpkı yoğun bir sis gibi opaktır. Bu kritik andan sonra, evren genişlediği ve soğuduğu için, elektronlar ve protonlar hidrojen atomları oluşturur ve fotonlar serbest kalır; evren ışık için transparan hale gelmiştir. Oluşan fotonlar uzayda sürekli varlıklarını sürdürürler ve bir kozmik arka plan ışıması olurlar. Evren genişlediği içinse ilk oluştukları andakinden daha uzun dalga boylarına kayarlar. Bu ışınımın bugünkü frekansı -şiddetin maksimum olduğu frekans- için hesaplanan değer tıpkı Penzias ve Wilson'un ölçtüğü gibi mikrodalga seviyesindedir. Tabii ki ilke olarak kozmik fotonlar her frekansta gelir ama her frekans için gözlenen şiddet bilinen sıcak cisim ışıması yasasına uyar, tıpkı sıcak bir sobanın yine elektromanyetik radyasyon olan kızılaltı ışımasının karakteri gibi. Bu açıdan kozmik fotonlar tıpkı sıcaklığı -270.5 derece olan bir cismin yayacağı gibidir. Aslında bir radyo ya da televizyon bu sinyalin bir kısmından etkilenir. Evet, radyonuz (televizyonunuz) varsa kanallar arasında duyduğunuz (gördüğünüz) sesin (karlı görüntünün) bir kısmı evrenin bu eski fısıltısından kaynaklanır.



Şekil 2: COBE, WMAP ve Plank uydularının açısal sıcaklık farklı hassasiyetleri gökyüzündeki aynı bölge üzerinden karşılaştırılıyor.


Ufak farklar: Modern kozmolojinin kalbi

Kozmik ardalan ışınımı (KAI) her yönde tam olarak aynı değildir. Kozmik fotonlar serbest kaldıklarında evrendeki öğelerin dağılımlarındaki ufak tefek farklılıklar günümüzde gözlediğimiz KAI'nın sıcaklığında ufak tefek farklılıklar olarak kendini gösterecektir. Bu yöndeki araştırmalar ilk önce COBE uydusuyla başlamış sonra WMAP ve PLANCK uydularıyla hassasiyet gitgide arttırılmıştır.

Şekil 1' de şu andaki verilerle KAI'nın sıcaklık dalgalanmalarını görüyoruz, en kırmızı noktalar -270.5 dereceden milyonda bir derecenin 200 katı kadar daha sıcak, en mavi olanlarsa aynı oranda daha soğuk.   Şekil 2'de uydu deneylerinin sıcaklık farkı hassasiyeti gökyüzünün aynı küçük parçasından alınan verilerle karşılaştırılıyor -A. Penzias ve R. Wilson'un deneyinde bu hiçbir yapı göstermeyen, tek renkli bir resim olurdu. KAI'daki bu farklılıklar evrenimizin erken dönemlerinde, değişik bölgeler arasındaki enerji yoğunluğu farkları hakkında bilgiler sunar ve şu anda bu verilerle uyumlu kozmolojik modeller mevcuttur. KAI deneyleri aynı zamanda evrenimizdeki enerjinin yaklaşık %73'lük bir bölümünün normal madde ya da ışık olmayan bir tür enerjiden oluşmuş olması gerektiğini de göstermiştir. Bu yüzden, kara enerji olarak adlandırılan bu enerji tipinin, evrenimizin, 1998 süpernova deneyleriyle ispatlandığı gibi giderek hızlı bir şekilde genişlemesini sağlayan ana unsur olması gerektiği de yine KAI deneylerinden çıkarsanabilir.



Şekil 3: BICEP2 deneyinde gözlenen kozmik mikro dalga fotonlarının gökyüzü polarizasyon haritası. Küçük çubuklar polarizasyon yönünü ifade ediyor. Kırmızı renk sayfaya giren bir vida burgusunda mavi renk ise tersi yöndedir. Renk şiddeti burgunun şiddetiyle orantılıdır.

BICEP2 deneyi: Soğuk bir yerden sıcak haberler

BICEP2 deneyi KAI'nın yapısına Antartika'dan bakıyor. Temel olarak eğildikleri şey gelen fotonların polarizasyonu. Bu pek de yabancı bir kavram olmamalı: örneğin, polarize gözlükler etraftan saçılan gün ışığının yatay yönelimli olanlarını soğurarak daha rahat görüş sağlar. BICEP2 özel olarak B-tipi polarizasyon dağılımına eğiliyor ki bu yerçekimsel dalgaların uzayı ve zamanı eğip bükmesinden kaynaklanan farklılıkların KAI'yı nasıl etkilediğine dolaysız olarak bağlıdır. Başka sebepler de B-tipi verebilir ama BICEP2 çalışanları bu olasılıkları elediklerini ve gözlemin sadece yerçekimsel dalgalardan kaynakladığını iddia ediyorlar ki sonuçları önemli kılan bu. Gelen ışığın polarizasyonunu değişik bölgeler için haritalarsak B-tipi polarizasyonda burgular görmeliyiz. Şekil 3'de BICEP2 verilerini görüyoruz, şekildeki çizgiler uzayın o noktasından gelen KAI fotonlarının ortalama polarizasyonunu gösteriyor: Burgular apaçık. Öte yandan verilere göre gözlenen olgunun şiddeti de yüksek. Bu ise söz konusu yerçekimsel dalgaların çok çok erken zamanlara ait olmaları gerektiğini söylüyor.

Kısacası, BICEP2 bulguları diğer deneylerle de doğrulanırsa bize kuantum yerçekimi hakkında bilgiler sunuyor ve erken evrenin hızlı şişme (enflasyon) kuramı lehinde bir kanıt olarak algılanabilir. Eğer bu ilişki doğruysa, bugün gözlenen etkinin nedeni evren henüz saniyenin milyar kere milyar kere milyar kere milyarda biri yaşındayken gerçekleşmiş olmalı.


Bu yazı soL gazetesinin bilimsoL sayfasında 28 Mart 2014 tarihinde yayınlanmıştır.