Evrenin ne zaman var olmaya başladığını nasıl bilebiliriz? Gezegenimizden başlarını kaldırıp gökteki engin yıldız denizine bakan insanlar hep başlangıca ilişkin sorular sormuşlardır. Tüm bu şeyler nasıl oluştu? Hep varlar mıydı? Değilse, ne zaman ve nasıl varoldular? Böylesine karmaşık bir şeyin geçmişini, doğuşuna tanık olamadıktan sonra nasıl belirleyebiliriz?
Aslında bilimcilerin bu iş için kullandığı çeşitli yöntemler var: Evrenin genişleme hızına bakarak zamanı geriye sarmak, evrendeki en yaşlı nesnelerin yaşını kontrol etmek ve evrenin başlangıç koşullarının ne olabileceğini saptamak için kozmik mikrodalga arka alan ışınımının ölçümlerini almak gibi.
Hubble ve Genişleyen Bir Evren
Stanford Üniversitesi’nden Chao-Lin Kuo, 1900’lerin başında evrenin yaşı diye bir kavramın olmadığını belirtiyor. “Felsefeciler ve fizikçiler evrenin başlangıcının ve sonunun olmadığını düşünüyorlardı,” diyor.
Fakat daha sonra 1920’li yıllarda, matematikçi Alexander Friedmann evrenin genişlemekte olduğu öngörüsünde bulundu. Bu öngörü, pek çok gökadanın bizimkinden yüksek hızlarda uzaklaştığını keşfeden Edwin Hubble tarafından doğrulandı. Hubble bu gökadalardan bazılarını ölçtü ve 1929 yılında yayımladığı makalesinde evrenin büyümekte olduğunu ifade etti. Bugün evrenin genişleme hızı “Hubble sabiti” olarak bilinir.
Tabi bilimciler çok geçmeden, bu hareketi geri sardıklarında, zamanın bir noktasında herşeyin birbirine yakın durduğu bir başlangıç noktası olacağını fark ettiler. “Yani evrenin doğumu kavramının ortaya çıkışı Friedmann ve Hubble sayesinde oldu,” şeklinde vurguluyor Kuo.
Johns Hopkins Üniversitesi’nden astronomi ve fizik profesörü Adam Reiss, evrenin genişleyişinin geçmişe doğru izini sürme çalışmasından “evrenin dinamik yaşını bulmak” şeklinde söz edildiğini belirtiyor. “Evrenin genişlediğini biliyoruz ve genişlemenin tarihçesini anladığımızı düşünüyoruz. Yani tıpkı bir filmi geri sarar gibi, herşeyin üst üste olduğu büyük patlamaya geri gidebiliyoruz.”
Hubble Bulmacası
Kuo, Hubble sabitini ölçmenin kolay bir iş olmadığını ve 1930’lardan bu yana birkaç kez rakamın değiştiğini söylüyor. Hubble sabitini kontrol etme yollarından biri, öngördüğü evren yaşı ile evrendeki en yaşlı nesnelerin yaşını karşılaştırmak. Sonuçta evrenin, içerdiği nesnelerden daha yaşlı olması gerekir.
Bilimciler, beyaz cüce adı verilen yanıp bitmiş çok yaşlı yıldızların yaşını, ne kadar süredir soğumakta olduklarını belirleyerek tahmin edebilir. Ayrıca kabaca aynı zamanlarda biçimlenmiş yaşlı yıldızlardan oluşan büyük kümelerin yaşını da yaklaşık olarak belirleyebilir. Buna göre evrendeki en yaşlı nesnelerin 12 milyar ile 13 milyar arası bir yaşta oldukları sanılıyor.
1990’larda bilimciler, Hubble sabitinin ölçümüne dayalı olarak yaptıkları tahmine göre evrenin yaşının, en yaşlı yıldızlardan birkaç milyar yıl daha genç çıkması karşısında şaşkınlığa uğramışlardı. Ancak 1998 yılında Riess ve meslektaşları Saul Perlmutter ile Brian Schmidt sorunun kaynağını anladı: Evren sabit bir hızla genişlemiyordu; ivmeleniyordu. Yani zamanla genişleme hızı da artıyordu.
Bu gerçeği, ömrünü tamamlayan bir yıldızın patlamasıyla gözlemledikleri süpernova sayesinde fark ettiler. 1a tipindeki süpernovalar tekdüze bir parlaklıkla patlar ve ışık sabit hızla ilerler. Birkaç farklı 1a tipinde süpernovayı gözlemleyen bilimciler, bunların Dünya’dan ne kadar uzakta olduklarını ve ışığın oradan buraya varmasının ne kadar süreceğini hesaplayabildi.
“Süpernovalar, bizi çevreleyen evrenin ne hızda genişlediğini belirlemek için kullanılıyor. Geçmişte patlamış çok uzak süpernovalara bakarak, bunların ışığının bize varması çok uzun zaman aldığından, genişleme hızının nasıl değiştiğini de görebiliyoruz,” diyor Riess. Bu yöntemi kullanarak bilimciler evrenin yaşının 13,3 milyar civarında olduğu sonucuna ulaştı.
Evren Tarifindeki Malzemeler
Evrenin yaşını saptamanın bir diğer yolu da, büyük patlamanın artığı olan ve her yöne yayılan kozmik mikrodalga arka alan ışınımını kullanmak.
“Bu ışınım başlangıç koşullarını ve erken evrenin (evrenin ilk dönemlerinin) malzeme listesini veriyor. Eğer bunu yeterince iyi anlayabilirsek, ilkesel olarak evrenin o başlangıç koşulları ile o malzemeleri ne hızda yaptığını öngörebiliriz ve evrenin gelecekte nasıl genişleyeceğini tahmin edebiliriz,” diyor Riess.
NASA’nın Wilkinson Microdalga Anizotropi Aygıtı’nı (WMAP) kullanarak, bilimciler kozmik mikrodalga arka alan ışınımındaki minik sıcaklık çalkalanmalarının ayrıntılı bir haritasını çıkardı. Ardından bu çalkalanma deseni ile farklı kuramsal modellerin öngördüğü desenleri kıyasladılar. 2003 senesinde bir karşılıklılık saptandı.
“Bu kıyaslamalara dayanarak, evrenin şeklini ve hem evrenin hem de bileşenlerinin yoğunluklarını ortaya çıkardık,” şeklinde aktarıyor Kuo. WMAP normal maddenin evrenin %4 kadarını oluşturduğunu, karanlık maddenin %23 kadarını ve karanlık enerjinin de %73 kadarını meydana getirdiğini buldu. WMAP verilerini kullandıklarında araştırmacılar evrenin yaşı için 13,772 milyar yıl rakamına ulaştı; artı veya eksi 59 milyon yıllık sapma payıyla.
2013’te Avrupa Uzay Ajansı’nın Planck uzay teleskobu, arka alan ışınımındaki sıcaklık çalkalanmalarının daha detaylı bir haritasını yaptı ve evrenin yaşı 13,82 milyar yıl bulundu; artı veya eksi 50 milyon yıllık sapma oranıyla. Bu WMAP sonuçlarından birazcık daha yaşlı çıktığı anlamına geliyor. Planck ayrıca evrenin bileşenlerinin de daha ayrıntılı ölçümlerini aldı ve biraz daha az karanlık enerji (%68 civarında) ve biraz daha fazla karanlık madde (%27 civarında) çıkarımı yaptı.
Yeni Bulmacalar
Bu aşırı duyarlı ölçümlerle bile bilimcilerin çözmesi gereken bulmacalar var. Ölçülen şu anki genişleme hızı, arka alan ışınımının öngördüğünden %5 daha yüksek çıkıyor. Riess, bilimcilerin bunun nedenini bilemediğini anlatıyor.
“Bu, evrenin fiziğini tam olarak anlayamadığımızın bir işareti olabilir. Ya da belki her iki hesaplamada da hata vardır. Tabi %5’lik bir uyumsuzluktan bu derece rahatsız ve üzgün olmamız, aslında evrenbilimde ne kadar ilerlediğimizi de gösteriyor. Bundan 15-20 sene önce genişleme hızı ölçümleri arasında iki kat fark çıktığı olurdu.”
Yanı sıra, karanlık madde ve karanlık enerji hakkında da anlaşılmayı bekleyen çok şey var. Bunlar evrenin %95’i demek. “Bu bilinmeyen karanlık bileşenlerin doğasını anlamak için en iyi şansımız, böyle duyarlı ölçümler almak ve ufak bir uyuşmazlık ucu yakaladığımız anda ona asılıp, tüm dokunun sökülüp sökülmeyeceğini kontrol etmek.”
Kaynak: Symmetry Magazine, “The age of the universe” http://www.symmetrymagazine.org/article/august-2015/the-age-of-the-universe