Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Yıldız Tayfı, Doppler Etkisi ve Hareket

Bir yıldızın yahut galaksinin bizden uzaklaştığını ya da yakınlaştığını nasıl anlıyoruz? Doppler etkisi denilen olguyu nasıl ölçümleyip uzaklaşma / yakınlaşma hızlarını hesaplıyoruz?

Geçmiş yıllarda bilim insanları Güneş ışığının prizmada kırılması sonucunda maviden kırmızıya doğru bir renk kumaşı olan spektrum (tayf) adında bir oluşum keşfettiler. Bu keşiften sonra aynı işlemi yıldızlarda yapmak isteyen Alman bilim insanı Joseph Von Fraunhofer, yıldız ışığının spektrumu üzerinde belirli yerlerde olacak şekilde siyah çizgiler yani diğer tabiri ile soğurma çizgileri olduğunu gözlemledi.

İlk başta bu oluşuma şaşıran bilim insanları, araştırmalar sonucunda aslında spektrum üzerindeki bu siyah çizgilerin yıldızın ”kimliği” olduğunu keşfetmişlerdir. Yani spektrum üzerinde belirli yerlerde yoğunlaşmış olan siyah çizgiler aslında yıldızın içerisinde bulunan kimyasal elementlerin oluşturmuş olduğu bir parmak izidir.

sun_spectrum

Güneş’in tayfı üzerindeki soğurma çizgileri.

Eğer yıldızımız Güneş’e bu işlemi uygularsanız Güneş’in spektrumunun üzerinde Hidrojen ve Helyum elementlerinin belirli yerlerde yoğunlaşıp siyah çizgi oluşturduğunu gözlemlersiniz.

İşte Astrofizik dalının oluşum nedeni de bu yıldız spektrumlarıdır. Eğer bir astrofizikçiye bir yıldızın spektrumunu gösterirseniz, astrofizikçi arkadaşınız yıldızın fiziksel yapısı hakkında size aydınlatıcı bir açıklama yapabilir.

Spektrum üzerindeki siyah çizgiler üzerinde araştırmalar yapan Christian Andreas Doppler da, uzun yıllar gözlemlediği yıldızların soğurma çizgilerinin zaman içerisinde farklı yerlerde konumlandığını gözlemlemiştir. Bunun nedenini araştıran Andreas Doppler, en sonunda yıldızların bize doğru uzun zamanlar sonucunda uzaklaşıp yakınlaşmasından dolayı siyah çizgilerin spektrum üzerinde kırmızıya veya maviye doğru kaydığını keşfetmiştir.

Yalpalama Sonucunda Oluşan Doppler Etkisi

Doppler Etkisi’nde kozmik olguda siyah çizgiler eğer kırmızıya doğru kayıyor ise yıldız bizden uzaklaşıyor, maviye doğru bir kayma gösteriyor ise yıldız bize yakınlaşıyor demektir.

Adına şu anda Doppler etkisi veya keşfe ortak sayılan Fransız fizikçi Hippolyte Fizeau‘yu da anarak Fizeau-Doppler etkisi dediğimiz bu kozmik olguda; siyah çizgiler eğer kırmızıya doğru kayıyor ise yıldız bizden uzaklaşıyor, maviye doğru bir kayma gösteriyor ise yıldız bize yakınlaşıyor demektir. Peki, Doppler etkisi dediğimiz olgunun işleyiş tarzı tam olarak nasıldır? Gelin beraber bu konuyu incelemeye başlayalım:

Öncelikle Doppler etkisi su, ses veya elektromanyetik spektrumun frekansında (dalga boyunda) meydana gelen değişimden doğan etkiye denmektedir. Yani Doppler etkisi temel olarak bir cismin frekansı ile ilgilenir.

Konuyu daha anlaşılır hale getirecek olursak, bir su dalgası hayal edelim ve bu su dalgasının A ve B adı altında yönelebilecek yönleri olduğunu düşünelim. Su dalgasını oluşturan materyalin A yönüne yönelmesi ile birlikte materyalin A yönünde oluşturmuş olduğu dalgaların arasındaki uzaklık kısalacaktır. Aksi taktirde B yönünde meydana gelen dalgaların arasındaki uzaklıkta artış gösterecektir. Yani saniye başına oluşan dalga miktarı A yönünde artarken, B yönünde ise azalacaktır.

Doppler

Su, ses veya ışık dalgaları, hareket yönüne göre sıkışır veya genişler. Ses dalgalarında pesleşme veya tizleşme olarak farkettiğimiz bu etkiyi, şık dalgalarında bu etkiyi kırmızıya veya maviye kayma olarak farkederiz.

Ses dalgası da aynı su dalgası gibi yöneldiği yöne doğru frekansını yani saniye başına meydana gelen dalga sayısını arttıracak, aksi yönündeki frekansını ise azaltacaktır ve bu ses dalgasını farklı konumlarda inceleyecek olan iki gözlemcide frekans farklılığından dolayı farklı tonlarda sesler algılayacaklardır. İşte bu olguya Doppler etkisi veya kayması denmektedir.

İşin astronomik yönüne bakacak olursak da işin içine ışık spektrumları girmektedir. Işık, bildiğiniz gibi dalgalar halinde yayılan enerji paketleri olarak niteleyebileceğimiz fotonlardan oluşur. Üstte de belirttiğimiz gibi astrofizikçiler bir yıldızın spektrumunu incelediklerinde spektrum üzerinde belirli yerlerde yoğunlaşmış siyah çizgiler olduğunu gözlemlemişlerdir.

Eğer sürekli gözlemleyecek olursanız; yıldız size yakınlaşıyorsa spektrumdaki siyah çizgiler maviye doğru kayacaktır. Bunun nedeni spektrumdaki mavi bölümün yüksek frekanslı ve yüksek enerjiye sahip olmasından kaynaklanmaktadır. Tam tersine gözlemciden uzaklaşan yıldızın spektrum üzerindeki siyah çizgileri düşük enerjili ve küçük frekanslı olan kırmızı rengine kayacaktır.

Kısacası Doppler etkisi sayesinde; bir yıldız veya galaksiyi aralıklarla görüntüleyip soğurma çizgilerindeki değişimi analiz ederseniz, bizden ne hızla uzaklaştığını veya ne hızla yakınlaştığını hesaplayabilirsiniz.

Hazırlayan: Sercan Zeki Yavuz
Geliştiren: Zafer Emecan

En üstteki fotoğraf The Big Bang Theory dizisinde “doppler efekti” kostümü giymiş olan Sheldon karakterine aittir. 

Hep daha fazla okumak gerekir...