Siren Neden İncelip Kalınlaşır? Doppler Etkisinin Şaşırtıcı Evreni

Bir ambulans size yaklaşırken sireni tizleşir; yanınızdan geçip uzaklaşırken birden pesleşir. Sanki sürücü, tam önünüzden geçerken gizli bir düğmeye basmıştır. Oysa sirenin ürettiği ses aynı kalabilir. Değişen şey, dalgaların kulağınıza ulaşma ritmidir. İşte Doppler etkisi: Hareketin, gözlenen frekansı değiştirmesi. Üstelik bu küçük işitsel numara, yıldızların hareketinden damarlarınızdaki kan akışına kadar pek çok şeyi ölçmemizi sağlar.

Önce dalganın ritmini anlayalım

Frekans, bir saniyede kaç titreşim gerçekleştiğini belirtir ve hertz birimiyle ölçülür. Sesin frekansı yükseldikçe duyduğumuz ses tizleşir; düştükçe pesleşir. Dalga boyu ise ardışık iki dalga tepesi arasındaki uzaklıktır. Belirli bir ortamda dalganın yayılma hızı sabitse, frekans ile dalga boyu ters orantılıdır: Dalgalar sıkıştığında frekans yükselir, araları açıldığında düşer.

Tekillik ve Ötesi

Evrenin genişleme sürecini tersten düşünelim. Evren tek bir taneciğe doğru büzülürken, maddesel içeriği de sıkıştırılmış ve sıcak bir duruma geçer. Aslına bakılacak olursa, bu sürecin bir sınırı yok. Evren, genişlemesinin başladığı an olan doğum anında, sonsuz derecede yoğun ve sıcaktı. Fizikçiler herhangi bir değerin sonsuzluğa doğru fırladığı noktaya tekillik demektedir. Standart Büyük Patlama projeksiyonuna göre, evren bir tekillik içinde doğmuştur.

Einstein’ın kütleçekim teorisinin tekillik öngördüğü diğer yer, bir kara deliğin kalbidir. Bu durumda, düşünülemeyecek bir şekilde büzülen bir yıldızın maddesi, en sonunda sıfır hacme sıkışarak sonsuz yoğun ve sıcak bir hale gelir. Zamanında dendiği gibi, “kara delikler, Tanrı’nın sıfıra bölme işlemini yaptığı yerdir.”

Kara Enerji nedir?

İki ayrı ekip, uzak galaksilerdeki “süpernovaları” gözlemliyordu. Ekiplerden biri Amerikalı Saul Perlmutter, diğeri ise Avusturalyalı Nick Suntzeff ve Brian Schınidt yönetimindeydi. Süpernovalar, içinde bulundukları galaksiden bile daha parlak bir ışık yayarak patlayan yıldızlar olduğundan, çok uzak mesafelerden görülebilirler. İki ekibe ayrılmış astronomların gözlemlediği tür ise “Type la” süpernovaları olarak biliniyordu. Bu türden süpernovaların özelliği, patladıklarında hep aynı parlaklık düzeyine çıkıyor olmalarıdır. Bu yüzden, bir diğerine göre daha soluk olan bir süpernovanın daha uzakta olduğunu saptayabiliriz.

Oysa, astronomların gözlemlediği, daha uzakta olan süpernovaların (Dünyaya olan mesafeleri göz önüne alındığında) olması gerekenden daha soluk olduklarıydı. Bunu açıklamanın tek yolu, yıldızın patlamasından itibaren evrenin genişleme sürecinin hızlandığı ve böylelikle gözlemlenen süpernovanın daha uzakta kalarak beklenenden daha soluk göründüğü olabilirdi.

Şişme Kuramı Nedir?

Standart Büyük Patlama resminin, madde öbeklerinin galaksilere dönüşmesi için yeterli zamanı s ağlayamadığı gerçeği, bu senaryoya yönelik tek problem değil. Daha ciddi bir sorun daha söz konusu. Bu sorun, ardalan ışımasının düzgünlüğüyle ilgili.

Isı, sıcak bir cisimden soğuk bir cisme geçerek cisimleri aynı sıcaklığa getirir. örneğin elinizi sıcak su dolu bir şişenin üzerine koyacak olursanız, eliniz suyla aynı dereceye çıkana dek ısı şişeden size doğru akmaya devam edecektir. Kozmik ardalan ışıması temel olarak aynı sıcaklıktadır.

Bunun anlamı, evren ilk zamanlarında boyut olarak genişlerken, bazı parçalar diğerlerine göre daha soğuk olsa da, her zaman daha sıcak olan parçalardaki ısının diğerlerine geçerek, ısı düzeyini eşitlemesi gerektiğidir.

Karanlık Madde nedir?

Büyük Patlama kendisiyle birlikte, evren üzerine inanılmaz düzeyde bir kavrayışı da getirdi. Ancak bunun yanı sıra, çok ciddi soruları da önümüze koydu. Örneğin Samanyolu gibi galaksilerin nereden geldiği gibi soruları.

Büyük Patlama’nın neden olduğu ateş topu, madde ve ışık parçacıklarının bir karışımıdır. Madde, ışığı etkilemiş olmalıdır. Örneğin madde öbeklere ayrılmış olsaydı, bu durum kendisini Büyük Patlama’dan geriye kalan ışıkta yansıtırdı. Bir diğer ifadeyle, bu ışık gökyüzünün her yerinde aynı olmaz, bazı noktalarda diğer noktalara nazaran daha parlak olurdu. Patlamadan geriye kalan ısı ve ışığın tüm gökyüzüne eşit dağılmış olduğu gerçeği, ateş topundaki maddenin aşırı düzenli bir şekilde dağılmış olduğu anlamına gelmektedir. Fakat tümüyle eşit bir şekilde dağılmış olamayacağını da biliyoruz. Sonuçta, yıldızlardan oluşan galaksiler, galaksi kümeleri ve aralarındaki büyük uzay boşluğuyla, bugünün evreni madde öbeklerinden oluşmaktadır. Dolayısıyla bir noktada, evrendeki madde, uzayda eşit bir şekilde dağılmaktan çıkarak kümelenmeye başlamıştır. Ve bu sürecin başlangıcı, kozmik ardalan ışımasında görülebilir olmalıdır.