Evrende kaç galaksi var ve bunu nasıl hesaplıyoruz?

Print Friendly, PDF & Email

Büyük bir teleskobu ne kadar uzun süre karanlık gökyüzüne çevirip beklerseniz, o kadar çok foton toplarsınız ve daha uzaklardaki galaksileri görmeye başlarsınız. Emekliliğine gün sayan Hubble ve şu sıralar gerçek anlamda kapkaranlık bir uzayın içine doğru ilerleyen New Horizons uzay teleskopları da tam olarak bunu yapıyor. Bize verdikleri son bilgiler ise oldukça şaşırtıcı.

Evrenin büyüklüğü hakkında konuşurken galaksi var ve bunu nasıl hesaplıyoruz? olduğunu biliyoruz. Samanyolu galaksisinin her zaman “şu kadar yıldız, bu kadar galaksi var” der, bu galaksilerden Samanyolu’nun içinde Güneş denen gayet sıradan bir yıldızın çevresinde dolanan bir gezegende yaşadığımızdan bahsederiz. Hubble Uzay Teleskobu’nun o müthiş derin uzay fotoğrafları da bize her yönde milyarlarca galaksi olduğunu düşündürür. 2016’da yayımlanan bir makalede, evrende 2 trilyon galaksi olduğu öne sürülmüştü. Yeni bir araştırmaya göre ise bu sayının 2 trilyondan daha az olma ihtimali var. Peki, evrende kaç galaksi var ve bunu nasıl hesaplıyoruz?

Öncelikle galaksilerin ne olduğundan başlayalım. Galaksiler çok büyük gaz, toz ve milyarlarca yıldız, gezegen ve kaya parçasının kütle çekimle bağlandığı yapılar. Bize en yakın yıldızın bile ne kadar uzak olduğunu düşünüp, yıldızların arasında çok büyük boşluklar olduğuna bakmayın. Karanlık maddenin de varlığıyla bu yapı kütle çekimle öylesine bağlı ki, içindeki yıldızlar galaksinin merkezi etrafında sanki bir tekerlek üstündeymiş gibi dönüyorlar. Tabii neredeyse her galaksinin merkezinde onu bir arada tutan bir süper kütleli kara delik merkezinde de Sagittarius A* isimli bir süper kütleli karadelik ve çevresinde dolanan 400 milyar kadar yıldız olduğunu hesapladık. Samanyolu, evrendeki diğer galaksilerle karşılaştırıldığında gerçekten de çok büyük.

Samanyolu Galaksisi

Evrende büyük miktarda cüce galaksi de var ve bunlardaki yıldız sayıları birkaç on binden birkaç milyara kadar çıkabiliyor. Galileo, 1610’da teleskobun icadı ile birlikte, daha önceden bir bulut olduğu düşünülen Samanyolu kuşağının aslında, kendi deyimiyle “çıplak gözle tek tek yıldızlara ayrıştırılamayacak kadar küçük ve uzak kümeler halinde bir araya toplanmış sayısız yıldız topluluğu” olduğunu fark etmişti. Tabii ondan sonra yeni yıldız kümeleri keşfedildi ve takvimler 1920’yi gösterdiğinde astronomi tarihinin en önemli tartışmalarından birini astronomlar Harlow Shapley ve Heber Curtis gerçekleştirdi. “Büyük Tartışma” (Great Debate) denilen bu tartışmanın bir yakasında Shapley, evrende sadece Samanyolu galaksisinin olduğunu ve gördükleri çoklu yıldız bulutlarının da galaksimizin içindeki yıldız kümeleri olduğunu iddia ediyordu. Curtis ise o yıldız kümelerinin Samanyolu gibi başka galaksiler olduğunu söylüyordu. Tam 100 yıl önce, evrende tek bir galaksi mi, yoksa birçok galaksi mi olduğu tartışılırken, teknolojinin ilerlemesiyle sorunun cevabı çoktan verildi, bugün artık toplam kaç galaksi olduğunu hesap etmeye çalışıyoruz. Kısa sürede geldiğimiz aşama gerçekten inanılmaz.

“Evrende Samanyolu’na benzer, içinde milyarlarca yıldız barındıran kaç galaksi daha var” sorusuna cevaben ilk gerçekçi hesap, Hubble Uzay Teleskobu’nun verileriyle yapılan tahminlere dayanıyordu. Bu gözlem sonucunun teorik modellerle birleştirilmesiyle evrende 2 trilyon galaksi olduğuna dair bir sonuç ortaya çıktı. Ancak bu sene yayımlanan yeni bir araştırmaya göre, Plüton’un ötesine giden New Horizons uzay aracı sayesinde yeni bir çıkarıma ulaştık. Bu gözlem önceki tahmini ciddi oranda düşürerek, evrendeki galaksi sayısının daha az olması gerektiğini öne sürüyor. “Bir dakika, kendi Güneş Sistemi’mizde seyahat eden ve Plüton’a giden bir aracın görünen evrendeki galaksi sayısının tespiti ile ne alakası var” diyebilirsiniz. Haklısınız. O zaman önce 2 trilyon sayısına nasıl ulaşıldığından bahsedelim ve oradan sorunun yanıtına gelelim.

GALAKSİ SAYISI NASIL HESAPLANIR?

Evrendeki galaksilerin toplam sayısını nasıl bulabiliriz? Elbette en garantili metot tek tek sayacak bir gözlem tekniği geliştirmek olurdu, ama henüz böyle bir teknolojiye yakın olmadığımız gibi, bunu yakın bir gelecekte de öngöremiyorum. Çünkü teleskoplarımız uzaklardan gelen fotonları, yani ışığı toplayarak çalışan araçlar. Bu durumu, şehrin ışıkları nedeniyle mahallenizde az yıldız görüp, uzak bir köye ve doğaya gittiğinizde gökyüzünde sanki ayaklarınıza inecek kadar çok yıldız görmeye benzetebilirsiniz. Hatta yere yatıp gökyüzüne uzun süre bakarsanız gözünüz karanlığa daha çok alışır (yani, foton toplar) ve daha çok yıldız görmeye başlarsınız. Kısaca yakınınızda çok fazla ışık varsa sönük yıldızları görmeniz zorlaşır. Dolayısıyla büyük bir teleskobu ne kadar uzun süre karanlık gökyüzüne çevirip beklerseniz, o kadar çok foton toplarsınız ve daha uzaklardaki galaksileri görmeye başlarsınız. Hele bu teleskop gökyüzündeki bulut, su buharı ve atmosferden etkilenmeyen bir uzay teleskobu ise; daha ne isteriz!

Hubble Extreme Deep Field

1995 yılında Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nün direktörü Robert Williams, kendine ait özel gözlem zamanını kullanıp risk alarak, standart teleskoplarla hiçbir şey görünmeyen Büyük Ayı takımyıldızındaki kapkaranlık bir noktaya teleskobu 10 günlüğüne yönlendirmek istedi. Tabii astronomlar bir heyecanla bekleseler de, bu kadar değerli gözlem zamanını bunun için harcamanın mantıksız olduğunu düşünüyorlardı. Nitekim 18-28 Aralık 1995 arası 10 gün boyunca Hubble Uzay Teleskobu o belirtilen küçücük noktaya doğruldu ve günlerce foton topladı. Sonuç inanılmazdı. Hubble Derin Alan (Hubble Deep Field) denilen bu fotoğrafta 3 bin galaksi bulunmuştu. Evrende ne kadar çok galaksi olduğuna dair bir kanıt ilk defa elimize gelmişti.

Bu başarılı denemenin ardından daha planlı ve daha uzun gözlem yapmak üzere Fornax takımyıldızında yeni bir bölge belirlendi. 24 Eylül 2003 ile 16 Ocak 2004 tarihleri arasında toplam 23 gün boyunca yapılan gözlemlerde, neredeyse en yaşlı galaksileri de görme imkânına kavuşuldu (Hubble Ultra Derin Alan fotoğrafı) ve 10 bin galaksi gözlendi. Tabii karanlığa ne kadar uzun süre bakmanız gerektiğinin de bir limiti var. Teleskobunuzun objektifini açık tutup foton toplayabilir, uzaktaki soluk galaksilerin belirginleşmesini sağlayabilirsiniz, ama bir yerden sonra artık daha fazla yeni galaksi göremezsiniz. Çünkü evrenin de bir sonu var. Bir süre sonra görünen evrenin ya sonuna, ya da başına ulaşmış ve en uzakta -henüz yeni oluşmakta olan- galaksilerden ışık almışsınızdır. Onların ışığı bize daha yeni ulaştığından, hâlâ evrenin ilk anlarındaki hallerini görmüş oluruz.

Bu başarının ardından, Hubble Ultra Derin Alan’dan küçük bir bölge (Hubble Aşırı Derin Alan, HXDF) diğer birçok farklı dalga boyları ile 10 yıl boyunca gözlemlendi ve bu gözlemler birleştirilince elde edilen fotoğrafta 5 bin 500 galaksi tespit edildi. Bu küçük bölge, bütün gökyüzünün 32 milyonda birine tekabül ediyor. Basit bir hesapla, eğer bir bölgede 5 bin 500 galaksi görünüyorsa, bunun gibi 32 milyon tane bölgede de benzer sayıda galaksi varsa, görünen evrende toplam kaç galaksi olur sorusunun sonucu 176 milyar çıkıyor. Tabii bu kadar basit olmamalı. Tek veriden gelen sayı ile 32 milyonu çarparsak güvenli bir istatistik elde edemeyiz. Bu fotoğrafta yaklaşık 12 milyar ışık yılı kadar uzaklığa sahip galaksileri görüyoruz. Yani Büyük Patlama’dan (Big Bang) yaklaşık 2 milyar yıl sonra var olan galaksiler. Ayrıca fotoğrafta görünmeyen, daha başka küçük veya sönük galaksiler olabilir. Ya da birbirine çok yakın olduğundan tek galaksi gibi düşünülen veya bakış açısından dolayı birbirlerinin arkasında kalmış galaksiler olabilir.

İşte Prof. Christopher Conselice bu sorunu göz önüne aldı. 2016’da, HXDF görüntüsünde evren boyunca dağılmış maddenin yoğunluğunu hesaba katacak yeterli gökada görünmediğinden, kayıp maddenin gaz ve karanlık madde olarak görülemeyecek kadar sönük galaksiler şeklinde olması gerektiğini düşündü. Son teknoloji, daha gelişmiş teleskoplarla görüntülenen galaksilerin uzaklığını 13 milyar ışık yılına kadar uzatmıştı. Buna göre, evrendeki galaksilerin yüzde 90’ı Hubble’ın optik dalga boyundan görülemeyecek durumdaydı. Böylece Prof. Conselice’nin takımı, o tek fotoğraftaki görüntüden kaçan galaksileri hesaba katarak, görünen evrende yaklaşık 2 trilyon galaksi olabileceğini hesapladı. O günden beri bizim dilimizde bu sayı vardı.

IŞIĞIN PEŞİNDE

Ancak hesap burada bitmedi. 2016’da Plüton’a yakın geçiş yaparak bize fotoğraflar gönderen New Horizons uzay aracı hızla Güneş Sistemi’nden uzaklaşmaya devam etti. Hubble Uzay Teleskobu uzayda olsa ve atmosferden etkilenmese de, Güneş’e yakın olduğundan parlak “zodyak ışığı”nın etkilerinden kurtulamıyor. Peki, parlak zodyak ışığı nereden kaynaklanıyor?

Güneş Sistemi, kuyruklu yıldızlar ve çarpışan asteroitler tarafından sürekli olarak yenilenen küçük buz ve toz tanecikleriyle çevrili. Bu taneler Güneş, Ay ve gezegenlerin bulunduğu disk üzerinde dolanır. Dünya’dan bakıldığında ekliptik, ya da zodyak kuşağı adı verilen gökyüzü boyunca dar bir yol içinde görünürler. Zodyak ışığı, bu diskteki parçacıkların Güneş’ten gelen ışığı Dünya yönünde saçmasıyla oluşur. Zodyak ışığını biz de şehir ışıklarından uzak bir yerde Güneş tam battıktan sonra, ya da tam doğmadan önce ufukta bir parlaklık olarak görebiliriz. Tabii böyle bir gözlem için gökyüzünün kapkaranlık olabileceği, medeniyetten uzak bir yer gerekiyor.

Zodyak ışığı. ESO’s La Silla Observatory in Chile

Hubble Uzay Teleskobu en ufak bir fotonu bile yakalamaya çalıştığından zodyak ışığından da etkilenir. Galaksi hesabı yapmak istiyorsak bu ışığın etkisini de hesaba katmalıyız. Uzak galaksilerin gözlemlerini ya yersel teleskoplarla, ya da Dünya’ya çok yakın uzay teleskopları ile yaptığımız için elimizdeki verilerde her zaman bu zodyak ışığının etkileri var. İşte burada Plüton’daki ana görevlerini tamamlayıp hızla uzaklaşmaya devam eden NASA’nın New Horizons uzay aracı devreye giriyor. Bu aralar Güneş’ten 7.5 milyar kilometre uzaklarda, gerçek anlamda kapkaranlık bir uzayın içine doğru ilerliyor. Böylece biz de zodyak ışığı etkilerinin olmadığı “kapkaranlık” hakkında ilk defa gözlemsel veri elde etmeye başlıyoruz.

New Horizons ile Büyük Patlama’nın kendisinin yeni yıldızlar oluşmadan önceki zayıf parıltısının karşılığı olan, “kozmik optik arka plan ışıması”nı ölçme imkânı elde edebileceğiz. Kozmik optik arka plan, daha iyi bilinen kozmik mikrodalga arka planının görünür optik dalga boylarındaki ışık eşdeğeri.

Burada asıl soru şu: Uzay karanlık, ama ne kadar karanlık? New Horizons misyonundan alınan ölçümlere dayalı yeni bulgular, daha önceki Hubble gözlemlerinin yalnızca yarısı kadar ışık buldu, ancak yine de mevcut gözlemlenen gökada kataloglarının açıklayabileceğinin iki katı kadar ışık buluyor. Bu araştırmanın yürütücüsü Marc Postman, kozmik optik arka planın bize Big Bang’den beri oluşan tüm yıldızların toplamı hakkında bir şeyler söylediğini, dolayısıyla oluşan galaksilerden gelen toplam yıldız ışığına ve zaman içinde nerede olabileceklerine dair bir kısıtlama getirdiğini söylüyor.

Evrende derinlerden gelen optik bir arka fon ışınımı var, peki bunun kaynağı ne olabilir? Makalede önerilen bazı düşünceler şöyle: Yakın evrendeki çok sayıda cüce galaksi tespit edilemeyecek kadar sönük olabilir ve biz
o galaksileri direkt görmek yerine, onların oluşturduğu sönük parıldamayı görüyor olabiliriz. Veya galaksileri çevreleyen dağınık yıldız topluluklarının oluşturduğu haleler, beklenenden daha parlak olabilir. Ya da evrenin her tarafına yayılmış galaksiler arasında başıboş gezen yıldız popülasyonları olabilir ve bunlar parıltı yaratabilirler. Hatta en ilgi çekici olanı, teorilerin önerdiğinden çok daha sönük, uzak galaksiler olabilir.

Yazıyı okudunuz ve hâlâ evrende kaç galaksi olduğunu merak ediyorsunuz. Ne yazık ki cevap hâlâ bilinmiyor. Son araştırmaya göre de kozmik optik arka fon ışımasının niteliği ve miktarı tam olarak ölçülmeden galaksi sayısına dair kesin bir cevap verilemiyor. Yine de bir aralık verelim. En az 200 milyar ile 2 trilyon arası galaksi olma ihtimali var. Elbette böylesine geniş bir aralığı sınav kâğıdında yazsak herhalde hiç kimse kabul etmezdi. Ama elimizden gelen şimdilik bu. Yakın bir zamanda 6.5 metre çaplı James Webb Uzay Teleskobu (JWST) uzaya fırlatılacak ve o da uzun süreli “derin boşluk” gözlemi yapacak. Bakalım onun gözlemlerinden ne gibi farklı, ya da benzer veriler elde edeceğiz. JWST de tek başına sorumuzu cevaplayamayacak, ama umuyorum ki bu aralığı daha da daraltabilir.

Bu yazı Atlas Dergisi için yazılmıştır, dergi sayfalarını indirmek için pdf’i tıklayınız.

İLGİLİ