Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Kütle Çekim Mercek Etkisi Ve Eğri Uzay

Facebooktwittergoogle_plusredditlinkedintumblrmail

Eğer yeterince uzaktan, iyi bir teleskopla bakarsanız, birbirinden milyonlarca ışık yılı uzakta yer alan gökadaların bir araya gelmesiyle oluşan galaksi kümeleri üstteki fotoğrafta olduğu gibi yoğun, böylesine sıkışık görünebilir.

Üstte gördüğünüz Abell 1689 isimli bu dev galaksi kümesi, keşfedebildiğimiz en yoğun kümelerden biri olup, bizden yaklaşık 2.4 milyar ışık yılı uzakta yer alıyor. Ön planda üst orta kısımda gördüğünüz dört adet yıldız ise çok yakınımızda, kendi galaksimiz Samanyolu içinde yer alan yıldızlar. Küme ile hiçbir ilgileri yok.

Hubble Uzay Teleskobu ile alınmış görüntüye dikkatle bakarsanız, kümeyi oluşturan yüzlerce gökadanın yarattığı devasa kütleçekimi nedeniyle oluşan “kütleçekim merceği” etkisinin sonuçlarını görebilirsiniz.

Einstein’ın devrimsel ve bir o kadar da spekülasyona açık görelilik teorisi, evrenin düz olmadığını söyler. Bizim uzay boşluğu olarak nitelediğimiz boşluk, maddenin ve karanlık maddenin yarattığı kütleçekim etkisiyle eğri büğrü bir yapıya sahiptir. Bu da şu anlama gelir: Evrende yeterince uzun bir çizgi hiçbir zaman tümüyle düz, doğrusal olamayacak, eğri bir hat izleyecektir. Nedeni ise, evrende kütleçekimin etkisi altında olmayan hemen hemen hiçbir yerin bulunmuyor olması. Siz düz bir çizgi çekmeye çalışırken, uzaklardaki bir galaksi kümesinin veya yıldızın etkisiyle çizginiz eğrilmek zorunda kalacaktır.

general_relativity_large

Her cisim, Dünya ve Ay da dahil (hatta siz bile); kütlesi oranında uzay-zamanı büker. 

Siz bunu farketmeyebilirsiniz, ancak uzaktan bakan bir gözlemci sizin düz sandığınız çizginin eğri olduğunu farkedecektir. Einstein, bu eğri büğrü evren dokusuna uzay-zaman adını veriyor. Dikkat ettiyseniz “eğri uzay” değil, “uzay-zaman” demiş. Çünkü, uzay ve zaman birbiriyle sıkı bir ilişki içindedir. Göreliliğe göre, üç boyutlu evrenimiz aslında zamanın da katılımıyla dört boyutlu bir yapıya sahiptir. Evet, zaman bir boyuttur. Bunu ayrı bir yazıyla ele almamız gerektiği için burada keselim.

Buradan şu sonuca ulaşabiliriz: Biz ne kadar uğraşsak da, yeterince uzun bir mesafe söz konusu ise, evrende düz bir çizgi halinde seyahat etmemiz mümkün değil. Olabildiğince düz gitmek için hızınız çok önemlidir. Eğer yeterince hızlı iseniz, Güneş Sistemi içinde gezegenlerin kütleçekim alanlarını yok sayacak biçimde düz doğrultuda gidebilirsiniz. Çünkü gezegenlerin kütleçekimleri uzay-zamanı çok güçlü biçimde eğip bükemez. Hızınızı artırarak düz doğrultuda hareket etmeniz mümkün olur. Ancak, yıldızlar ve galaksiler söz konusu olduğunda hızınızı ne kadar artırırsanız artırın, bu devasa yapıların muazzam kütleçekimlerinden etkilenirsiniz. Dolayısıyla düz değil, eğri bir doğrultu izlemeye başlarsınız.

Yeterince hızlı olmaktan bahsetmiştik. Evrende en hızlı hareket eden şey ışıktır. Işığı oluşturan fotonlar saniyede 300.000 km hızla ilerlerler ve bu sayede düz bir doğrultuda yol alabilirler. Lise fiziği bize bunu söylüyor: Işık, düz bir doğrultuda yol alır. Peki evrensel ölçekler ve kuvvetler söz konusu olduğunda neler oluyor?

fig9-bend-light

Güneş gibi çok büyük kütleli cisimler uzay-zamanı öylesine bükerler ki, ışık bile yanlarından geçerken bu kütleçekimden etkilenir. 

Her ne kadar durgun halde bir kütlesi olmasa da, ışığı oluşturan fotonların hareket halindeyken kinetik enerjileri nedeniyle oluşan ölçülebilir çok küçük bir kütlesi vardır. Daha net bir ifadeyle; hareketli her “şey” enerji taşır. Enerji ise madde, o da eşittir kütle demektir. Yani ışık, uzay boşluğunda yol alırken, kütlesi olmayan kütleli bir cisim gibi davranır. Evet, kütlesi olmayan kütleli bir cisim. İşte astrofizik böylesi güzel tanımlamalar yapmaya sizi mecbur bırakan pek şirin bir bilim dalı.

Neyse, bu da her kütle sahibi cisim gibi, ışığın da kütleçekimden etkilenmesine yol açar. Kütle çekim mercek etkisi, çok büyük kütlelerin arkaplanlarından gelip yoluna devam etmek isteyen ışığı kırıp gerçek bir mercek gibi odaklaması sonucu oluşur.

Kütle çekim Mercek etkisi

Galaksi kümeleri ışığı bükerek bir mercek gibi odaklarlar. Bunu yapabilmelerinin nedeni, toplam kütlelerinin çok büyük olmasıdır. Pratik faydası, uzak galaksi kümeleri dev birer uzay teleskobu olarak işlev görmesidir.

Evrendeki en büyük kütlesel yapılar galaksilerdir. Galaksiler genellikle 3 ila 10 arası büyük galaksinin bir araya gelmesiyle oluşan küçük kümelerde yer alırlar. Bu küçük galaksi kümeleri diğer küçük galaksi kümeleriyle kütleçekimsel etkileşim halindedirler. Dolayısıyla onlarca, hatta yüzlerce küçük galaksi kümesi geniş ölçeklerde birbirine bağlı “süper küme” dediğimiz oluşumları meydana getirirler. Süper kümeler ise, muazzam kütleçekimleriyle uzay-zamanı başka hiçbir şeyin yapamayacağı kadar güçlü biçimde bükerler.

Uzaktaki bir galaksiden gelen ışık, bir süper kümenin yanından geçerken düz bir yol izleyemez ve kırınıma uğrar. Bunun bize pratik faydası şudur: Bir süper küme, arkasından gelen ışığı dev bir mercek gibi davranarak bize doğru odaklayacaktır. Yani, her süper küme aslında yüz milyonlarca ışık yılı çapında bir mercektir. Bu, insan aklının veya teknolojinin yapabileceğinden çok daha muazzam bir teleskop işlevi görür.

İşte bilim insanlarının “13 milyar yaşında galaksi keşfettik”, “en yaşlı galaksiyi bulduk” gibi zaman zaman yaptığı duyurularda keşfedilen galaksilerin büyük bir çoğunluğu bu kütleçekim mercek etkisi sayesinde oluyor. Bizden onlarca milyar ışık yılı uzaktaki galaksilerin çok soluk ışıkları dev süper kümelerin etkisiyle kırınıma uğrayarak bize odaklanıyor ve dikkatlice baktığımızda bu çok uzak galaksileri “biraz deforme olsalar da” görebiliyoruz.

En üstteki fotoğrafta gördüğünüz ince eğri ipliksi, ışıklı izler, Abell 1689 kümesinden çok daha uzakta, belki de onlarca milyar ışık yılı uzakta yer alan galaksilerin mercek etkisi nedeniyle bize ulaşabilen, deforme olmuş görüntüleridir. Astronomların keşfettiklerini söyledikleri çok uzak gökadaların büyük kısmını bu mercek etkisi olmasaydı, görebilmemiz çok daha zor, hatta imkansız olacaktı.

Zafer Emecan

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yorum

Yazar Hakkında

Zafer Emecan

Bir astronomi işçisi. Kozmik Anafor'un kurucusu, her şeyi ve hiçbir şeyi. Alakasız üniversiteler bitirmiş olmasına rağmen, içinden atamadığı gökbilim sevgisini kaleme, klavyeye, araştırmalara dökmeye çalışan, haddini bilen, ama bazen aşan amatör bir bilimci.