Astrofizik Bilimi ve Tarihi
Astrofizik, Astronomi bilimiyle birlikte evrendeki gezegenlerin, yıldızların, galaksilerin, bulutsuların ve diğer nesnelerin doğumunu, yaşamını ve ölümünü açıklamak için fizik ve kimya yasalarını uygulayan bir uzay bilim dalıdır. İki kardeş bilimi vardır, astronomi ile kozmoloji ve aralarındaki çizgiler bulanıklaşır.
Astrofiziğe başlamadan önce aşağıdaki soruların cevabını bilmemizde fayda var:
Astronomi Nedir?
Kısaca astronomi uzayda bulunan gök cisimlerinin pozisyonlarını, parlaklıklarını, hareketlerini ve diğer özelliklerini ölçen bir bilim dalıdır.
Astrofizik Nedir?
Astrofizik, evrendeki küçük ve orta büyüklükteki yapıların fiziksel teorilerini yaratır.
Kozmoloji Nedir?
Kozmoloji, fiziksel evreni bir bütün olarak anlamaya çalışan bir bilim dalıdır.
Astronom Nedir?
Evrendeki Galaksileri, Güneş sistemini, yıldızları ve diğer gök cisimlerini inceleyen bilim insanına Astronom denir. Kısaca gökbilimci de diyebiliriz.
Uygulamada, Astronomi, astrofizik ve Kozmoloji birbirine sıkı sıkıya bağlı bir aile oluşturur. Bir bulutsunun konumunu veya ne tür bir ışık yaydığını sorun, ilk önce astronom cevaplasın. Bulutsunun neyden yapıldığını ve nasıl oluştuğunu sorun astrofizikçi cevaplayacak. Verilerin evrenin oluşumuyla nasıl uyuştuğunu sorun bu kez kozmolog muhtemelen devreye girecektir. Ancak dikkatli olun – bu sorulardan herhangi biri için iki veya üç kişi aynı anda konuşmaya başlayabilir!
Astrofiziğin hedefleri
Astrofizikçiler evreni ve içindeki yerimizi anlamaya çalışırlar. NASA web sitesinde yayınladığı bir açıklamaya göre, NASA’da astrofiziğin hedefleri “evrenin nasıl çalıştığını keşfetmek, nasıl başladığını ve evrimleştiğini keşfetmek ve diğer yıldızların etrafındaki gezegenlerde yaşam aramaktır”.
NASA, bu hedeflerin üç geniş soru ürettiğini belirtiyor:
Evren nasıl çalışır?
Buraya nasıl geldik?
Yalnız mıyız?
Newton ile başladı
Sorusu en eski bilimlerden biri iken teorik astrofizik Isaac Newton ile başladı. Newton’dan önce gökbilimciler, fiziksel bir temeli olmayan karmaşık matematiksel modeller kullanarak gök cisimlerinin hareketlerini tanımladılar. Newton, tek bir teorinin uzaydaki uyduların ve gezegenlerin yörüngelerini ve Dünya’daki bir gülle yörüngesini aynı anda açıkladığını gösterdi. Bu, göklerin ve yerin aynı fiziksel yasalara tabi olduğu (o zaman) şaşırtıcı sonuca ilişkin kanıtlara eklendi.
Belki de Newton’un modelini öncekilerden tamamen ayıran şey, hem öngörücü hem de açıklayıcı olmasıdır. Gökbilimciler (Astronom), Uranüs yörüngesindeki sapmalara dayanarak, daha sonra gözlemlenen ve Neptün olarak adlandırılan yeni bir gezegenin konumunu tahmin ettiler. Açıklayıcı olduğu kadar tahmin edici de olmak olgun bir bilimin işaretidir ve astrofizik bu kategoride yer alır.
Astrofizikte kilometre taşları
Uzak nesnelerle etkileşimde bulunmamızın tek yolu, yaydıkları radyasyonu gözlemlemek olduğundan, astrofiziklerin çoğu, bu radyasyonu üreten mekanizmaları açıklayan ve ondan en fazla bilgiyi nasıl çıkaracağımıza dair fikirler sağlayan teorileri çıkarmakla ilgilidir. Yıldızların doğası hakkındaki ilk fikirler, 19. yüzyılın ortalarında, çiçek açan spektral analiz biliminden ortaya çıktı; bu, belirli maddelerin ısındığında emdiği ve yaydığı belirli ışık frekanslarını gözlemlemek anlamına geliyor. Spektral analiz, hem yeni teorilere rehberlik eden hem de test eden uzay bilimleri üçlüsü için gerekli olmaya devam ediyor.
Erken spektroskopi, yıldızların Dünya’da da bulunan maddeleri içerdiğine dair ilk kanıtı sağladı. Spektroskopi, bazı bulutsuların tamamen gaz halinde olduğunu, bazılarının ise yıldız içerdiğini ortaya çıkardı. Bu daha sonra bazı bulutsuların bulutsu olmadığı fikrini pekiştirmeye yardımcı oldu – onlar başka galaksilerdi!
Astrofizik, evrendeki yıldızların ve diğer uzak cisimlerin fiziğidir, ancak aynı zamanda yuvaya da yaklaşır. Big Bang Teorisine göre, ilk yıldızlar neredeyse tamamen hidrojendi. Onlara enerji veren nükleer füzyon süreci, daha ağır element olan helyumu oluşturmak için hidrojen atomlarını bir araya getirir. 1957’de Geoffrey ve Margaret Burbidge’nin karı koca astronom ekibi, fizikçiler William Alfred Fowler ve Fred Hoyle ile birlikte, yıldızlar yaşlandıkça, daha sonraki nesillerdeki yıldızlara geçtikleri nasıl daha ağır elementler ürettiklerini gösterdi. Her zamankinden daha büyük miktarlarda demir (yüzde 32.1), oksijen (yüzde 30.1), silikon (yüzde 15.1) gibi Dünya’yı oluşturan elementlerin sadece daha yeni yıldızların yaşamlarının son aşamalarında üretilmesidir. Bu elementlerden bir diğeri, oksijen ile birlikte, biz de dahil olmak üzere tüm canlıların kütlesini oluşturan karbondur. Böylece, astrofizik bize tüm yıldızlar olmasa da hepimizin yıldız tozu olduğunu söyler.