Hubble Sabiti ve Evrenin Yaşı

twitter.com/yazicie

Amerikalı astronom Edwin Hubble 1920'lerde tüm zamanların en akıl almaz keşiflerinden birini yaparak, evrenin statik bir yapıya sahip olmadığını gösterdi. Hubble'ın bulduğu gerçek, evrenin sürekli genişlediği idi. O zamana kadar bilinen evren samanyolu galaksisinden ibaretti ve Hubble, o güne dek nebula zannedilen çok uzaklardaki pek çok gök cisminin her birinin yüz milyarlarca yıldız barındıran birer gökada olduğunu keşfetmişti. İnsanoğlunun evren algısı birden bire milyarlarca kat büyüyüvermişti.

İri cüsseli, bakımlı ve güven patlaması yaşayan bu adam, galaksilerden gelen ışığı incelemeye koyuldu. Galaksilerin spektrumlarına baktığında, onların da yakın yıldızlar gibi büyük oranda Hidrojen, Helyum gibi temel elementlerden oluştuğunu gördü. Ancak, bu galaksilerden gelen spektrum çizgilerinde enteresan bir şey farketti. Her bir elementin tayfına ait çizgiler, hafifçe kırmızıya doğru kaymıştı. Bunun ne anlama geldiğini Hubble hemen anladı. Tüm galaksiler birbirlerinden sürekli uzaklaşıyordu. Gökyüzünde asılı yıldızlardan ibaret değildi artık evren. Aksine, sürekli büyüyen, genişleyen dev bir balonun içinde yaşıyorduk. 

Işık uzayda ilerleyen bir dalga olarak düşünüldüğünde, bize doğru yaklaşan cisimlerden gelen ışığın dalgaboyunda kısalma, bizden uzaklaşan cisimlerin ışığının dalgaboyunda ise uzama oluşur. Tıpkı yaklaşan arabanın sesinin incelirken, uzaklaşan arabanın sesinin kalınlaşması gibi. Biz dalgaboyundaki bu artışı, renklerin (dalgaboyu en uzun olan) kırmızıya doğru kayması olarak algılarız. Hubble'ın gözlemlediği de buydu. Bütün galaksilerden gelen ışığın dalgaboylarında artma keşfetmişti. Dalgaboylarındaki artış oranı da, galaksilerin bizden ne kadar uzaklaştığının bir ölçüsü olarak kullanılabilirdi.

Bu keşfin ardından, filmi geri sararak büyük patlama anını teorik olarak öngörmek astronomlar için çok uzun sürmedi. Sonsuz zamandır var olduğu düşünülen, hatta antik çağlardan beri tanrısal özellikler atfedilen uzak cisimler aniden ezeli mistik varlıklar olmaktan çıkıvermişti. Artık evrenin bir doğum günü vardı.

Ancak, başlangıcı olan bir evren fikri, bir çokları için rahatsız ediciydi. Binlerce yıllık ezeli evren fikrinin gizemli atmosferini kaybetmek istemeyen kimileri, büyük patlama olayını evrendeki kütle çekiminden dolayı kendini sürekli tekrar eden bir olay olarak tanımlamakta sakınca görmediler. Onlara göre, büyük patlamaları büyük çöküşlerin takip ettiği harmonik bir kozmik devinimin yaşandığı ezeli bir evrende yaşıyorduk.

Ta ki 1990'lara kadar, harmonik evren modeli kabul edilebilir teoriler arasında kendine yer buluyordu. Ama 1990'larda yapılan süpernova gözlemleri, evrenin zannedilenin aksine, genişlemesinin giderek hızlandığını gösterdi. Evrenin ivmelenerek genişlediğini keşfeden 3 bilim adamı 2011 yılının Nobel fizik ödülü ile ödüllendirildiler. (Grubun internet sitesi: http://panisse.lbl.gov/public/) evrenin hızlanarak genişlemesinden sorumlu enerjiye ise karanlık enerji adı verildi. Karanlık enerjinin ne olduğuna dair henüz en ufak bir fikir dahi yoktur. Ancak evrendeki toplam kütle-enerjinin dörtte üçünün karanlık enerji olduğu hesaplanmaktadır.

Uzayın sahip olduğu dinamik geometriyi insan zihninde canlandırmak son derece güç bir iştir. 3 boyutta yapamasak da, 2 boyutta kısmen anlamak mümkündür. Galaksileri, sürekli şişen bir balonun üzerindeki noktalar gibi düşünebiliriz. Bu balonun üzerindeki herhangi iki noktanın birbirlerinden uzaklaşmakta olduğu görülür. Bizim “evren balonumuzda” garip olan şey ise, bu şişmenin giderek hızlanması, her noktanın sonsuz bir yalnızlığa doğru sürükleniyor olmasıdır.

Hubble, evrenin genişlemesini bir formül ile modellemişti. Hubble'ın formülüne göre, bir galaksi Dünya'dan ne kadar uzakta ise, o kadar hızlı uzaklaşıyordu.

V= H . d

V: galaksinin Dünya'dan uzaklaşma hızı, d: galaksinin Dünya'ya olan uzaklığı, H: Hubble sabiti.

Ancak Hubble'ın hesaplayamadığı şey, Hubble sabiti olarak adlandırdığı niceliğin değeriydi. Uzun yıllardır astronomları en çok meşgul eden sorunlardan biri de bu Hubble sabitinin değerinin ne olduğunun ölçülmesidir. Son yıllarda artan teknolojik yeterlilikle, son derece güzel ölçümler yapılabildi. En son geçen sene Hubble sabitinin 67,8 km/s / megaparsec olarak ölçüldüğü duyuruldu. Bu bize şunu söyler: Dünya'dan 3 milyon ışık yılı uzaktaki bir galaksi, bizden saniyede 67,8 km hızla uzaklaşmaktadır. Eğer galaksi bizden 300 milyon ışık yılı uzaktaysa, bizden saniyede 6780 km hızla uzaklaşmaktadır. Eğer aradaki mesafeyi 3 milyar ışık yılına çıkarırsak, galaksinin uzaklaşma hızı da saniyede 67.800 km olacaktır ki, bu hız ışık hızıyla kıyaslanabilecek kadar yüksek bir değerdir.

Hubble sabitine geri dönecek olursak... 1 megaparsec, yaklaşık 3 milyon ışık yılıdır ki bu da kabaca 2,84x10²² km eder. Bu değeri Hubble sabitinde yerine koyarsak:

H= 2,39x10^-22 s^-1 gibi bir değer elde ederiz. Hubble sabitinin birimi saniyenin tersidir. Yani Hubble sabitini ters çevirip yazarsak, birimi zaman olan bir sayı elde ederiz:

T = 1/H = 4,186x10²⁰ saniye = 1,33x10¹³ yıl = 13,33 milyar yıl.

Bu değer, kabaca evrenin yaşını bize vermektedir. Ancak, uzayın ivmelenerek hızlandığı gerçeği, bize Hubble sabitinin aslında sabit olmadığını, zamanla artan bir fonksiyon olduğunu söyler. Sözgelimi, bundan birkaç milyar yıl önce Hubble sabitinin değeri 50 iken, birkaç milyar yıl sonra 100 olacaktır. Ancak yine de Hubble sabiti bize evrenin yaşını yaklaşık olarak öngörmemizde kullanabileceğimiz bir kıstas vermektedir.

Peki neden yakın uzayda Hubble sabitinin, evrenin genişlemesinin etkisini gözlemleyemiyoruz. Mesela, neden güneşin, Jüpiter'in hatta diğer yıldızların bizden uzaklaştığını göremiyoruz? Samanyolu galaksisinde güneşimiz yolculuk yaptıkça kimi yıldızlara yaklaşırken, kimilerinden uzaklaşıyoruz ama bu yaklaşıp uzaklaşma, evrenin genişlemesinden değil de, güneşin kendi galaksisi içindeki hareketinden kaynaklanıyor. Eğer evren genişliyorsa samanyolu galaksisi de, güneş sistemi de genişlemeli değil mi?

Bunun cevabını, Hubble sabitine tekrar bakarak bulabiliriz. Daha önce dediğimiz gibi Hubble sabiti, bize 3milyon ışık yılı uzaktaki bir cismin saniyede 67,8 km uzaklaştığını söyler. Bu ölçeği koruyarak, kıyas yapabileceğimiz şekilde dönüştürelim. Hubble sabiti, bizden 1 km uzaktaki cismin saniyede 2,4x10^-15 milimetre uzaklaştığını söyler. Yani, Türkiye'nin bir ucundan diğer ucundaki bir noktaya bakarsanız, evrenin genişlemesiyle o noktanın sizden her saniye milimetrenin trilyondan biri kadar uzaklaştığını görürsünüz. Aslında göremezsiniz. Çünkü bu kadar küçük bir mesafe, atomun çapından bile binlerce kez küçüktür. Yani, evrenin genişlemesi yakın uzayda o kadar küçük bir etkiye sahip ki, Türkiye'nin bir ucundan diğer ucuna kadar olan bir mesafenin bir kaç atom boyu kadar genişlemesi için bir yıl geçmesi gerekir.

İçinde yaşadığımız evren, hem inanılmaz dinamik geometrisiyle, içerdiği gizemli karanlık enerjiler, karanlık maddelerle, uzayı dolduran ve sürekli birbirleriyle etkileşim halindeki farklı “alanlarıyla” insan algısını her geçen gün hayrete sevk etmeye devam ediyor.

E. Yazıcı
twitter.com/yazicie