İnsanlığın uzayda artık çok sayıda teleskopu var. Farklı farklı amaçlar için geliştirilen bu teleskoplardan en ünlüleri Hubble ve James Webb uzay teleskoplar.

Hubble çok daha eski tabii, 1990’da dünya yörüngesine yerleştirildi ve o zamandan beri çalışıyor. James Webb uzay teleskopu ise Hubble’a göre hem çok daha genç, hem de çok daha uzakta. 2022 başında uzaya yerleştirilen JWST, Dünya ile Güneşin kütle çekim güçlerinin birbirini dengelediği L2 (Lagrange noktası 2) adı verilen yerde, yani dünyamızdan 1,5 milyon kilometre uzakta.

Daha JWST uzaya yerleştirilmeden önceden beri astronomi biliminin bir krizi vardı zaten.

Dilerseniz önce o kriz neydi, onu anlatmaya çalışayım.

Biliyorsunuz, Albert Einstein 1915’te genel görelilik teorisini ilk yayınladığında evrenin statik olduğunu varsaymıştı ve denklemine evrenin genişleme veya büzülme ihtimalini öngören bir sabit eklerken bu rakamı 0 (sıfır) yazmıştı. Yani ona göre evren hep böyleydi ve hep böyle olacaktı.

Denebilir ki Einstein’ın teorisindeki ilk büyük delik bu sabit evren fikrinden ötürü açıldı. O da hemen bir hata yaptığını anladı (‘Hayatımın en büyük hatası’ diyecekti zaten) ve o sıfır rakamını kaldırdı, yerine bir sembol yazdı.

Einstein’ın hatası şuydu: Kendi denklemleri zaten evrene bir başlangıç öngörüyordu, bu matematiksel bir kesinlikti. Yani evren en başlangıçta hiç de bugünkü gibi değildi, çok daha küçük bir alan kaplıyordu.

Ardından Amerikalı büyük astrofizikçi Edwin Hubble’ın buluşu geldi: Uzaktaki galaksiler bizden büyük bir hızla uzaklaşıyordu, yani evren genişliyordu.

Evren hangi hızda genişliyor?

İşte astrofiziğin büyük krizi o zaman başladı. Evren genişliyordu ama hangi hızda? Bu rakam önemliydi; çünkü o rakama bakıp evrenimizin yaşını (yani Büyük Patlama’nın ne kadar zaman önce gerçekleştiğini) tahmin ediyorduk. Sadece bunu da değil; evrenimizin bugün bir uçtan bir uca ne büyüklükte olabileceğini de bu genişleme hızına dayanarak söylüyorduk.

Evrenimizin bir Büyük Patlama ile başladığı, Einstein’ın teorisini yayınladığı zamandan beri aslında bir varsayımdı. Ama 1964 yılında iki astronom bu varsayımı kanıtladı.

Eğer bir Büyük Patlama olduysa bundan geriye bir iz kalması gerekiyordu. İşte 1964 yılında bu iz, tam da teorisyenlerin tahmin ettiği iz bulundu. Bu ize ‘Kozmik Arka Plan Işıması’ adını veriyor fizikçiler.

Evrenin başlangıcından kalma bir resim

İngilizce kısaltması CBR olan bu Kozmik Arka Plan Işıması, Büyük Patlama’dan birkaç yüzbin yıl sonraya dair bir iz. Bu iz çok uzun süredir farklı araçlarla inceleniyor ama CBR’nin en ayrıntılı haritasını Avrupa Uzay Ajansı tarafından fırlatılan 2009-13 yılları arasında CBR hakkında muazzam bir bilgi üreten Planck adlı uzay teleskopu çıkardı. Bu teleskopun topladığı verileri incelemek bile fizikçilerin uzun yıllarını aldı, sonunda CBR üzerindeki minicik ısı farklarından hareketle evrenin genişleme hızına dair bir tahminde bulunuldu.

Buna göre evrenimiz 1 megaparsek başına saniyede 67 kilometre hızla genişliyordu. (Megaparsek muazzam bir birim, uzayda 3,25 milyon ışık yılı büyüklüğünde bir mesafe demek. Kıyaslama için söyleyeyim: Dünyamızın güneşe uzaklığı 8 güneş dakikası. Oysa burada 3,25 milyon ışık yılından söz ediyoruz. Yıl.) 

Bu rakam büyük bir kavgaya neden oldu. Çünkü artık Einstein’ın denklemine ‘Hubble Sabiti’ (veya H0) olarak giren sayının ne olması gerektiğini söylüyordu.

Saniyede 67 değil 73 km genişleyecek olursa…

Kavga çıktı, çünkü bu sayıyı küçük bulanlar vardı. ABD’deki John Hopkins Üniversitesinden Adam Riess liderliğinde bir grup astronom Hubble uzay teleskopunun verilerine daldı ve 37 ayrı galaksinin bizden uzaklaşma hızlarına bakarak evrenin genişleme hızını tahmine çalıştılar. Buldukları sonuç, evrenimizin her saniyede, megaparsek başına 73 kilometre genişlediğiydi.

İki hesabın arasındaki altı kilometrelik farkı uzay ölçeğinde küçümseyenler çıkabilir, şöyle söyleyeyim: İki rakam arasındaki saniyede altı km farkı bir yıldaki fark olarak hesaplarsak 157 milyon 680 bin kilometre farka ulaşıyorduk. Bunu da evrenimizin yaşı diye hesapladığımız 13,8 milyar yılla çarparsanız farkın telaffuz dahi edilemeyen bir rakama ulaştığını görebilirsiniz. Muazzam bir fark bu.

Saniyede altı kilometrelik bu farkın kavgası devam ederken Amerikan Uzay ve Havacılık Dairesi NASA bu kez JWST’yi uzaya gönderdi ve birdenbire bugüne kadar evrenin hiç göremediğimiz kadar derinlerini görebilir olduk.

JWST evren anlayışımızı altüst etti

Burada şunu söylemem lazım: Einstein’ın Bern’de patent ofisinde çalışır gibi yaparken geliştirdiği Genel Görelilik Teorisi’nin insanlığa yaptığı en büyük güzelliklerden biri, bize zamanda geriye doğru yolculuk yapma imkanı tanıması.

Yani gözünüzü gökyüzüne çevirip baktığınızda aslında gördüğünüz şey bugün değil, epey uzak bir geçmiştir. Eğer yeterince uzağa bakmayı başarırsanız, evrenin başlangıcına çok yakın zamanlara kadar geri gidebilirsiniz.

İşte JWST’nin yaptığı da buydu. Daha önce göremediğimiz kadar geçmişe (uzağa) bakabiliyordu bu yeni teleskop. Onun olağanüstü gözlemleri sayesinde bugün biliyoruz ki bizim evrenimizle ilgili uzun yıllar içinde geliştirdiğimiz modelde vahim bazı hatalar var; örneğin ‘Henüz evren o kadar gençken bırakın galaksiyi doğru dürüst yıldız bile olamaz’ dediğimiz uzak geçmişte oluşmuş galaksiler gözledik JWST sayesinde.

Ama astrofiziğin en büyük krizi bu evren modeli krizi değil. Esas kriz, dediğim gibi evrenin genişleme hızıyla ilgili.

JWST’nin gözlemleriyle yapılan hesap

Bu kez ABD’deki Chicago Üniversitesinden Wendy Freedman öncülüğünde bir grup JWST’nin ürettiği verilerin içine daldı ve bu teleskopun gözlemlerine dayanarak galaksilerin bizden uzaklaşma hızını ölçmeye çalıştı ve evrenimizin megaparsek başına saniyede 70 kilometre hızla genişlediğini hesapladı.

Tabii bu yeni hesap CBR üstünden yapılan genişleme hesabıyla teleskoplar ü tünden yapılan hesap arasındaki farkı azaltıyor ama kapatmıyor.

Burada sorun şu: CBR üstünden yapılan hesap son derece ayrıntılı ve metodolojisi de sağlam. Buna karşılık galaksilerin bizden uzaklaşma hızını hesaplamak her zaman son derece zor ve karmaşık; çünkü hızı hesaplamak için fizikçilerin önce uzayda bu göreli hızları ölçebilecekleri sabit bazı ‘kandil’lere ihtiyacı var. Yani bir uzak yıldız seçiyorsunuz, onun verdiği ışığın hep sabit olduğunu varsayıyorsunuz, sonra diğer ışık kaynaklarının bu sabit ışığa göre hareketlerini hesaplıyorsunuz. Bu kaçınılmaz metodoloji ister istemez hata olasılığını arttırıyor.

Peki neden önemli evrenin genişleme hızını bilmek?

Kaç kilo ‘karanlık enerji’ var?

Elimizde evrenle ilgili en geçerli teori, dediğim gibi Einstein’ın genel görelilik teorisi. Bu teori ortaya atıldığı 109 yıldan beri girdiği her testten başarıyla çıktı, yanlışlanamadı.

Bu teoriye göre evrenimizi yöneten temel güç kütle çekim kuvveti. Fakat biliyorsunuz, bizim gözleyebildiğimiz evrendeki kütle miktarı evrenin bugünkü halini açıklamaya yeterli değil. Mevcut gözle görünür kütle Einstein’ın teorisine göre evrende olması gerekenin yüzde 5’inden azını oluşturuyor.

Peki evrenin geri kalan yüzde 95’ten fazlası ne? Fizikçiler iki çeşit fenomenin varlığından söz ediyor. Bunlardan birincisi ‘Karanlık madde’ ki varsayıma göre bu bizim gözle göremediğimiz madde evrenin yüzde 23’ünü oluşturuyor ve kütle çekimi yaratıyor. İkinci varsayımsal şey ise ‘Karanlık enerji’ adını taşıyor; bu da evrenin yüzde 73’e yakınını oluşturuyor.

Burada ‘Karanlık enerji’ çok önemli; çünkü bu enerji galaksiler arasındaki kütle çekim kuvvetini bir çeşit ‘itim kuvveti’ne çeviren ve dolayısıyla evrenin genişlemesine neden olan temel şey.

Evrenin genişleme hızının ne olduğunu bilmek, gerek evrenimizin geleceğini, gerekse bugününü bilmemiz için en önemli şey şimdilik.

Bakalım bu kavga nereye varacak, nerede uzlaşacak astrofizikçiler.

Not: Bu yazı için science.org sitesindeki şu yazıdan çok yararlandım, meraklısına tavsiye ederim.