Astrofizik evrendeki yıldızların, gezegenlerin, galaksilerin, bulutsuların ve diğer nesnelerin doğum, yaşam ve ölümünü açıklamak için fizik ve kimya yasalarını kullanan bilim dalıdır. Astronomi ve kozmoloji gibi iki bilim dalı arasında çok ince bir çizgi vardır.
Kesin bir ifadeyle:
- Astronomi, gök cisimlerinin pozisyonlarını, parlaklıklarını, hareketlerini ve diğer karakteristik özelliklerini ölçümler.
- Astrofizik evrende orta boyda sayılabilecek cisimlerin fiziksel teorilerini oluşturur.
- Kozmoloji ise aynı işlemi daha büyük oluşumlar için yapar ve evreni bir bütün olarak ele alır.
Bu üç alan uygulamada birbirinden ayrılmayan bir bütün oluşturur. Örneğin bir nebulanın nasıl bir ışık yaydığını ya da zamanla değişen durumunu merak edersek bir astronomdan doğru yanıtı alabiliriz. Eğer bir bulutsu yapının nasıl oluşup şekillendiğini merak edersek bir astrofizikçiden ve aynı bulutsunun evrenin tamamına olan etkisini ise bir kozmoloğun elde ettiği verilerden çıkarabiliriz.
Astrofiziğin Hedefleri
Astrofizikçilerin en temel hedefi evreni ve içindeki yerimizi anlamaya çalışmaktır. NASA astrofizikçileri, evrenin nasıl çalıştığı, nasıl oluşup genişlemeye başladığı ve yıldızların etrafındaki gezegenlerde yaşam arayışı gibi çalışmalar yürütmektedirler. Tüm bu çalışmalar da,
- Evren nasıl çalışır?
- Buraya nasıl geldik?
- Evrende yalnız mıyız?
gibi bir takım soruları da beraberinde getirir.
Her Şey Newton ile Başladı
Astronomi en eski bilim dallarından biri iken, astrofizik Isaac Newton ile başladı. Newton’dan önce astronomlar, fiziksel temelleri olmayan, karmaşık matematiksel modeller kullanarak gök cisimlerinin hareketlerini incelediler. Newton tek bir teori ile aynı anda yeryüzündeki bir top mermisinin ve gezegen yörüngesindeki bir uydunun hareketini açıklayan teoriler geliştirdi. Bu, yeryüzünün ve gökyüzünün aynı fizik yasalarınca ifade edilebileceğini gösteren en önemli adımlardan biri oldu. Belki de bu, Newton’un modelini daha öncekilerden ayıran önemli bir etken oldu. Astronomlar Newton’un yasalarını kullanarak, Uranüs’ün yörüngesel sapmalarından, daha sonra adına Neptün denilecek yeni bir gezegenin keşfinde bulundular. Öngörüde bulunmanın yanı sıra, açıklayıcı olmak, iyi yapılan bilimin göstergesidir. İşte bu açıklama ve öngörme açıklaması kaçınılmaz olarak astrofiziğin bir sonucudur.
Astrofiziğin Kilometre Taşları
Bizden çok uzaktaki gök cisimlerini keşfetmenin bir yolu da, yaydıkları radyasyonu gözlemek olduğundan, astrofizikçiler, gelen bilgiyi ayıklamak ve mekanizmaları açıklamak için, bir takım tahminlerde bulunurlar. Yıldızların oluşumu hakkındaki ilk fikirler, 19. yüzyılın ortalarında ışık tayfının analizi yönteminin gelişmesiyle, ışığın özel frekanslarını gözleyerek, maddenin ısındığında enerji soğurması ya da yaymasının incelenmesi olmuştur. Işık tayfı analizi, uzay bilimlerinin hem yol göstericisi hem de yeni kuramların ölçümü için gerekli bir unsur olmuştur.
Spektroskopi yöntemiyle yıldızların içerdikleri ve aynı zamanda dünyada da bulunan ham maddelerin belirlenmesi sağlanmıştır. Spektroskopi, bazı yıldızların ve bulutsuların tamamen gaz içerdiklerini ortaya koymuştur. Bu fikir, nebula olarak bilinen oluşumların bazılarının nebula olmadığı fikrini de güçlendirmeye yardımcı oldu. Bunlar diğer galaksiler olabilirdi.
1920’li yılların başında Cecilia Payne, yıldızların ağırlıklı olarak hidrojen gazından oluştuğunu, spektroskopiyi kullanarak keşfetti. Aynı zamanda bu yöntemle, yıldızların dünyaya göre hareket hızının belirlenmesi de sağlanmış oldu. Sesin Doppler Etkisi ile bize doğru ya da bizden uzaklaşan yönde taşınması gibi, yıldızların spektroskopisi de aynı şekilde iletilecektir. 1930’lu yıllarda Einstein’ın Genel Görelilik Teorisi ve Doppler Etkisi birleştirilerek, Edwin Hubble, evrenin genişlediğine dair sağlam kanıtlar elde etmiştir. Bu aynı zamanda Einstein’in öngördüğü Büyük Patlama Teorisi’nin temelini oluşturmaktadır.
Ayrıca 19. yüzyılın ortalarında fizikçiler Lord Kelvin (William Thomson olarak bilinen) ve Gustav Von Helmhotz gravitasyonel çöküşün Güneş’in enerjisinden dolayı oluştuğunu düşünüyorlardı. Bundan 50 yıl sonra Einstein’ın ünlü ‘’E = mc2‘’ denklemi astrofizikçiler için enerjinin kaynağının ne olabileceği konusunda ipuçları verdi. 20. yüzyıl’ın ilk yarısında nükleer fizik, kuantum mekaniği ve parçacık fiziğinin de gelişmesiyle, yıldızların nasıl reaksiyon verdiklerinin anlamak ve formüle etmek kolaylaşmıştır. Bütün bu teoriler, yıldızların nasıl oluştuğunu, onların spektrumlarını, parlaklık durumunu, yaşını, ölümünü ve diğer bütün özelliklerini anlamamızı sağlar.
Astrofizik, evrenimizdeki çok uzak cisimlerin ve yıldızların fiziğidir. Aynı zamanda tüm bu olaylar, dünyamızı da etkiler. Büyük Patlama Teorisi’ne göre, ilk oluşan yıldızlar neredeyse tamamen hidrojenden oluşuyordu. Hidrojen atomları bir araya gelerek, nükleer füzyon süreci sonucunda helyum atomunu oluşturdular. 1957 yılında evli bir çift olan astronomlar Geoffrey ve Margaret Burbidge ve fizikçiler William Alfred Fowler ve Fred Hoyle, yıldızların doğum, yaşam ve başka yıldızlara dönüşme süreçlerini, ağır nükleer reaksiyonların nasıl oluştuğunu inceleyerek, yıldızların yaşlarını saptamış oldular. Bir yıldız yaşamının son aşamasında, aynı zamanda dünyayı oluşturan, demir (%32,1), oksijen (%30,1) ve silisyum (%15,1) elementlerinin oluştuğu gözlenmiştir. Tüm bu elementlerin yanı sıra oksijenle birlikte, tüm canlıların kütlesinin büyük bir bölümünü oluşturan karbon elementi de yıldızların nükleer reaksiyonları sonucu oluşmuş elementlerdendir. Yıldızların yaşamsal süreçlerinde önemli rol oynayan karbon elementinin canlı yaşamı için de, bu denli hayati önem taşıması nedeniyle astrofizik, hepimizin yıldız tozlarından meydana geldiğini söyler.
Tuğba Yaşar
Marmara Üniversitesi Fizik Bölümü
KBT Popüler Bilim Yayın Grubu