Güneşimiz kaç kilo ağırlığında?

Saçma bir soru mu bu? Evet, bazılarımıza saçma gözükebilir ama insanlar zamanında bu sorunun cevabını aramasaydı bugün cep telefonunuzdan kullandığınız navigasyon programlarına sahip olamaz, uzaya gidemez, gezegenlerin hareketlerini tahmin edemezdiniz.

Hepimiz lise fizik derslerinde güneşin ve dünyanın kütlesini hesaplamayı öğrendik. Bu klasik anlamda astronomi biliminin en temel ölçümleri.

Güneşin kütlesini hesaplamaya çalışan ve bu hesabı da ilk yayınlayan klasik fiziğin kurucusu kabul edilen Sir Isaac Newton oldu.

Hep bahçede kafasına ağaçtan bir elma düştüğü için kütle çekimini hesaplamaya merak sardığı söylenir Newton’un, bu çok doğru değil. Elma düştü diye veya başka sebeple, çok önemli değil: Önemli olan yaptığı işin muazzamlığı.

Hepimiz kütle çekimiyle ilgili Newton kanunu biliyoruz: ‘İki cisim arasındaki kütle çekim kuvveti cisimlerin kütleleriyle doğru, aralarındaki mesafenin karesiyle ters orantılıdır.’

İşte onun bu kanunu ortaya koyabilmesi için güneşin ve dünyanın, dünyanın ve Ay’ın kütlelerini bilmesi gerekiyordu.

Baştaki soruya cevap vereyim: Güneşin ağırlığı 2 çarpı 10 üstü 30 kilogram. Bir başka söyleyişle güneş dünyamızdan 333 bin kat daha ağır.

Newton’un 1687 yılında ortaya attığı kütle çekim kanunu ile Albert Einstein’ın 1915 yılında ortaya attığı kütle çekim kuvveti hesapları arasında minik bir fark var. Bugün Einstein’ın hesaplarının daha doğru olduğunu biliyoruz ama Newton’un 350 yıllık kanununu kullanmaya da devam ediyoruz, çünkü Einstein’ın hassas hesaplarına  nadiren ihtiyacımız oluyor.

Dün burada evren bilimin yaşadığı büyük krizi anlatmaya çalıştım. Uzaydaki teleskop James Webb mütemadiyen uzayın derinliklerine bakıyor ve eski, en eski, ondan da eski yıldızlar ve galaksiler keşfediyor.

Bu keşfedilen galaksilerden sonuncusu evren bilimcilere göre imkansız; çünkü Büyük Patlama’dan sadece 280 milyon yıl sonra evrende henüz galaksi oluşumu başlamaması olması gerektiğini hesaplamış, bütün evren modellerini buna göre yapmıştı onlar.

İşte bütün o modeller de, işe güneşin kütlesini hesaplayarak başlayan Newton’dan, sonra o hesapları daha hassas hale getiren Einstein’dan hareketle yapılmıştı.

Kütle çekimi, adı üzerinde cisimlerin kütlelerinden ötürü ortaya çıkan bir şey. Newton da aynı mantığı yürütüyordu, modern astronomlar da aynı şeyi yapıyor: ‘Öyleyse iki cisim arasındaki kütle çekime bakarak bu cisimlerin kütlelerini hesaplayabiliriz’ diyorlar.

Newton güneş sistemimizin ağırlığını ölçmeye çalışmıştı; modern evren bilimciler bütün evrenin kaç kilo olduğunu bulmaya uğraşıyor. Bunu da evrensel kütle çekimini hesaplayarak yapıyorlar.

Burada önemli olan şey şu: Işık hızı sabit olduğu ve Einstein’ın genel ve özel görelilik teorilerine göre evrende hiçbir şey ışıktan daha hızlı yol alamadığına göre gözleyebildiğimiz evrenin sınırları var.

Biz üç boyutlu nesneleriz, doğal olarak evreni de üç boyutlu ele alıyoruz. Dünya denen kürenin üstünden her yöne baktığımızda evreni küre olarak görüyoruz ve yapılan hesaba göre bu kürenin yarı çapı 46,5 milyar ışık yılı.

Unutmayın, 46,5 milyar ışık yılı kürenin yarı çapı ama bu evrenin tamamının bu olduğu anlamına gelmez. Evren çok daha büyük olabilir; ama biz göremiyoruz, çünkü fizik bilimi bizi engelliyor. Belki birkaç milyar yıl sonra evreni ölçenler daha büyük bir küre bulacak; çünkü daha uzaktaki ışık da bize ulaşacak.

Peki evren kaç kilo? Evren bilimciler gözümüzle görebildiğimiz sıradan maddenin, yani yıldızlar, gezegenler, galaksiler vs’nin toplam ağırlığını 1,5 çarpı 10 üstü 53 kilo olarak hesaplamış (Bir kağıda 1,5 yazın, yanına da 53 sıfır ekleyin, o kadar kilo).

Gözümüzle görebildiğimiz sıradan madde temelde galaksilerden oluşuyor. Hesaba göre gözlenebilir evrende 2 trilyon galaksi var. Her galaksi milyarlarca yıldız içeriyor, buna göre 10 üstü 24 (1’in yanına 25 sıfır ekleyin) yıldız var.

Fakat evrenin genişlemeye devam ettiğini gözlüyoruz. Hatta genişleme hızının arttığını gözlüyoruz. Bunca genişlemeye neden olan kütle çekim kuvvetinden hareketle hesap yaptığımızda evrenin toplam ağırlığı (hatırlayın 1,5 çarpı 10 üstü 53 kg) bu kütle çekimini yaratamıyor.

Yaratamıyor derken şunu bilin: İşte kaç kilo olduğunu da yazdığım sıradan madde evrenin sahip olması gereken toplam ağırlığın sadece yüzde 5’ini oluşturuyor. 

Peki ama geri kalan ağırlık nerede?

Bunu fark eden evrenbilimciler ‘Herhalde’ dediler, ‘Bizim gözleyemediğimiz bir başka kütle daha var.’

İşte o gözleyemediğimiz şeye ‘karanlık enerji’ ve ‘karanlık madde’ adı verildi.

Bu noktada yeniden Einstein’ın genel görelilik teorisine dönelim. Dün yazmıştım, Einstein başlangıçta durağan bir evren öngörmüş, alan denklemlerinde öngördüğü kozmolojik sabite 0 (sıfır) rakamını yazmıştı. Ama Einstein genel göreliliği yayınladıktan kısa süre sonra evrenin durağan olmadığı, genişlediği Amerikalı evrenbilimci Edwin Hubble tarafından kanıtlandı. Bunun üzerine Einstein’ın kozmolojik sabitini 0’dan daha büyük bir değer almak üzere değiştirme arayışı başladı. Bu arayış bugün evrenbilimciler arasında hala devam eden ve ciddi bir tartışmaya dönüşen bir şey.

Kozmolojik sabitin bir büyük önemi var: Buraya yazılacak rakam evrenimizin geometrisi, yani dışardan bakınca aldığı şekil hakkında da tayin edici.

Kozmolojik sabiti belirlerken ‘kritik yoğunluk’ adı verilen bir hesaplamaya bakıyoruz. Evrendeki toplam madde yoğunluğu bu ‘kritik yoğunluğa’ eşitse o zaman evrenimizin düz olduğunu söyleyeceğiz; toplam yoğunluk kritik yoğunluktan fazlaysa evrenimiz bir küreye benziyor; yok toplam yoğunluk kritik yoğunluktan düşükse bu kez evrenimiz içe doğru eğik demektir.

Evren bilimcilerin şu anki hesaplamalarına göre ‘kritik yoğunluk’ her santimetre küpe 10 üstü eksi 29 gram. Bu da kabaca evrende her santimetreküp hacimde ortalama 6 tane hidrojen atomu olması anlamına geliyor. O kadar az.

Şimdilik hesaplarımız evrenin hemen hemen düz olduğu yönünde. Ama bu hesapların yeni yeni gözlemlerle değişme ihtimali var. Örneğin evrenin erken döneminde galaksi oluşması potansiyel olarak bu hesapları çok etkiliyor.

Gelin yarın bu konuya devam edelim.