Evren

Evren, var olan her şeyin toplamıdır: tüm madde ve enerji, içinde bulundukları uzay ve zaman, ve bunların oluşturduğu yapılar. Galaksiler, yıldızlar, gezegenler, aradaki seyrek gaz, ışık ve göremediğimiz karanlık madde bu bütünün parçalarıdır. Bugünkü bilimsel tablo şöyle özetlenebilir: Evren yaklaşık 13,8 milyar yıl önce son derece sıcak ve yoğun bir hâlden genişlemeye başladı, soğudukça atomlar, yıldızlar ve galaksiler oluştu ve genişleme bugün de hızlanarak sürüyor.

Bu sayfa evrene genel bir bakıştır. Üç konu ayrı sayfalarda ayrıntılı anlatılıyor: "Gözlemlenebilir evren" (görebildiğimiz kısmın sınırı ve içeriği), "Evrenin yaşı ve büyüklüğü nasıl ölçülür?" (kozmik mesafe merdiveni ve Hubble gerilimi) ve "Evrenin büyük ölçekli yapısı" (galaksi kümeleri, iplikler ve boşluklar).

Evren fikrinin tarihi

İlk kozmolojik modeller yer merkezliydi: Dünya'yı evrenin merkezine koyuyordu. Bilimsel Devrim döneminde yapılan gözlemler güneş merkezli modele geçişi sağladı; Kopernik, gezegenlerin konumlarını matematiksel olarak öngörebilen güneş merkezli bir sistem geliştiren ilk kişi olarak bilinir. Ama Güneş'in de sıradan bir yıldız, Samanyolu'nun da sayısız galaksiden biri olduğunun anlaşılması 20. yüzyılı buldu.

• 1908–1912: Harvard Gözlemevi'nde çalışan Henrietta Swan Leavitt, Küçük Macellan Bulutu'ndaki Sefeid değişen yıldızlarında parlaklık ile titreşim süresi arasında bir ilişki buldu. Bu ilişki, uzak mesafeleri ölçmenin anahtarı oldu.
• 1922: Alexander Friedmann, genel görelilik denklemlerinden genişleyen bir evren çözümü türetti.
• 1923: Edwin Hubble, Sefeidleri kullanarak Andromeda'nın (M31) Samanyolu'nun dışında, ayrı bir galaksi olduğunu gösterdi.
• 1927: Georges Lemaître, galaksilerin uzaklaşmasının evrenin genişlemesinden kaynaklandığını öne sürdü ve bugün Hubble–Lemaître yasası denen ilişkiyi Hubble'dan iki yıl önce türetti.
• 1929: Hubble, Milton Humason ile birlikte galaksilerin uzaklığı ile uzaklaşma hızı arasındaki doğrusal ilişkiyi gözlemle ortaya koydu.
• 1931: Lemaître, evrenin tek bir "ilkel atom"dan genişlediğini öne sürdü; modern Büyük Patlama fikrinin başlangıcı budur.
• 1949: Rakip "durağan durum" modelinin savunucusu Fred Hoyle, bir BBC radyo yayınında "Big Bang" (Büyük Patlama) ifadesini kullandı.
• 1964: Arno Penzias ve Robert Wilson kozmik mikrodalga arka plan ışınımını keşfetti; 1960'ların sonunda kozmologların çoğu durağan durum modelini terk etti.
• 1998: Uzak Tip Ia süpernovalarının gözlemi, evrenin genişlemesinin hızlandığını gösterdi.

Büyük Patlama: temel fikir

Büyük Patlama modeli, evrenin bir noktada "patladığını" değil, uzayın kendisinin her yerde aynı anda genişlediğini anlatır. Geçmişe gidildikçe evren daha yoğun ve daha sıcaktır. Modelin öngördüğü erken evren zaman çizelgesi kabaca şöyledir:

• İlk dakikalar: Yaklaşık 1 dakika sonra proton ve nötronlar birleşebilecek kadar soğuma başladı. Ardından gelen yaklaşık 15–20 dakikalık Büyük Patlama çekirdek sentezi döneminde başta helyum olmak üzere hafif elementler oluştu.
• Yaklaşık 47.000 yıl: Maddenin enerji yoğunluğu ışınımınkini geçti.
• Yaklaşık 377.000–380.000 yıl: Elektronlar ve protonlar birleşip nötr atomlar oluşturdu; evren ışığa saydam hâle geldi. O an serbest kalan ışık bugün kozmik mikrodalga arka plan olarak gözlenir.
• Yaklaşık 100–300 milyon yıl: İlk yıldızlar doğdu.
• Yaklaşık 200 milyon – 1 milyar yıl: Yıldızlar ve galaksilerden gelen ışınım, evrendeki gazı yeniden iyonlaştırdı.
• Yaklaşık 9,8 milyar yıl: Karanlık enerji baskın hâle geldi ve genişleme hızlanmaya başladı.

Kanıtlar: dört temel dayanak

Büyük Patlama modeli dört ana gözlem grubuna dayanır:

1. Evrenin genişlemesi: Uzak galaksiler, uzaklıklarıyla orantılı bir hızla bizden uzaklaşıyor (Hubble–Lemaître yasası).
2. Kozmik mikrodalga arka plan: Gökyüzünün her yanından gelen, yaklaşık 2,725 K sıcaklığında, kusursuza yakın bir karacisim ışınımı. Yönden yöne değişimi yaklaşık 25.000'de bir düzeyindedir. COBE (1989–1996), WMAP (2001'de fırlatıldı) ve Planck (2009–2013) uyduları bu ışınımı giderek daha ayrıntılı haritaladı.
3. Hafif element bolluğu: Model, kütlece yaklaşık %25 helyum öngörür; gözlemler bununla uyumludur. Tek belirgin istisna, lityum-7'deki yaklaşık iki katlık farktır ("kozmolojik lityum sorunu").
4. Galaksilerin evrimi ve büyük ölçekli yapı: Uzaklara, yani geçmişe bakıldıkça galaksilerin daha genç ve farklı olduğu görülür; galaksilerin dağılımı modelin öngördüğü desene uyar.

Evren neyden oluşur?

Gözle görülen her şey; yıldızlar, gezegenler, gaz bulutları, bizler, evrenin yalnızca küçük bir kısmıdır. Standart kozmolojik model (ΛCDM) evrenin enerji içeriğini üç bileşene ayırır:

• Sıradan madde (%4,9): Atomlardan oluşan, ışıkla etkileşen madde.
• Karanlık madde (%26,8): Işık yaymayan, yansıtmayan, soğurmayan ama kütle çekimiyle varlığını belli eden madde; örneğin galaksi kümelerinin ışığı bükmesi (kütle çekimsel mercek etkisi) bu yolla incelenir. Ne olduğu bilinmiyor.
• Karanlık enerji (%68,3): Evrenin genişlemesini hızlandıran, kökeni bilinmeyen bileşen.

Bu oranlar farklı veri setlerine göre küçük farklılıklar gösterir; örneğin başka bir ΛCDM hesabı %25,8 karanlık madde ve %69,2 karanlık enerji verir.

Ne kadar büyük, ne kadar yaşlı?

Planck verilerine dayanan en iyi tahmin, evrenin yaşını 13,787 ± 0,020 milyar yıl olarak verir. Görebildiğimiz kısmın, yani gözlemlenebilir evrenin çapı yaklaşık 93 milyar ışık yılıdır. Bu sayının 13,8 × 2'den büyük olmasının nedeni, ışık yol alırken uzayın da genişlemeye devam etmesidir. Gözlemlenebilir evrende tahminen 2 trilyona kadar galaksi ve 10²⁴'e kadar yıldız bulunur; ancak bazı yeni tahminler galaksi sayısını yüz milyarlar düzeyinde tutar. Evrenin tamamının ne kadar büyük olduğu ise bilinmiyor; sonsuz bile olabilir. Ayrıntılar "Gözlemlenebilir evren" ve "Evrenin yaşı ve büyüklüğü nasıl ölçülür?" sayfalarında.

Evrenin şekli ve yapısı

Ölçümler, evrenin büyük ölçekte düz olduğunu yaklaşık %0,4 hata payıyla gösteriyor; yani paralel ışık ışınları uzun mesafelerde ne birbirine yaklaşıyor ne uzaklaşıyor. Büyük ölçekte madde ise rastgele dağılmamıştır: Galaksiler gruplar, kümeler ve süper kümeler oluşturur; bunlar uzun iplikler ve duvarlar boyunca dizilir, aralarında dev boşluklar kalır. Bu dokuya kozmik ağ denir. Yaklaşık 30–200 megaparseklik ölçeklerin ötesinde yeni bir yapı düzeyi görülmez; evren bu ölçekte homojenleşir. Ayrıntısı "Evrenin büyük ölçekli yapısı" sayfasında.

Açık sorular

• Karanlık madde ve karanlık enerji: Evrenin yaklaşık %95'ini oluşturan bu iki bileşenin ne olduğu bilinmiyor.
• Hubble gerilimi: Erken evren verilerinden (Planck) hesaplanan genişleme hızı yaklaşık 67,4 km/s/Mpc iken, yakın evrendeki mesafe ölçümleri 73 km/s/Mpc civarında değer veriyor. Fark 5 sigmanın üzerinde ve nedeni çözülmüş değil.
• Madde–karşıt madde asimetrisi: Evrende neden karşıt maddeden çok daha fazla madde bulunduğu tam açıklanamıyor.
• Ufuk ve düzlük sorunları: Evrenin neden bu kadar düzgün ve düz olduğu; kozmik şişme (enflasyon) kuramı bu soruları açıklamak için önerildi.
• Lityum sorunu: Ölçülen lityum-7 miktarı ile öngörülen arasında yaklaşık iki katlık fark var.

Evrendeki adresimiz

Evrenin büyüklüğünü kavramanın bir yolu, kendi konumumuzu içten dışa yazmaktır:

1. Dünya, Güneş'in çevresinde ortalama 1 astronomi birimi (yaklaşık 149,6 milyon km) uzaklıkta dolanır.
2. Güneş Sistemi, Güneş rüzgârının etkisinin bittiği yaklaşık 120 AB'lik heliyopoza ve çok daha uzaktaki Oort bulutuna kadar uzanır.
3. Samanyolu, çubuklu sarmal bir galaksidir; Güneş, Orion kolunda, merkezden 24.000–28.000 ışık yılı uzaktadır ve merkez çevresinde bir turu yaklaşık 230 milyon yılda tamamlar.
4. Yerel Grup, Samanyolu ile en kütleli üyesi Andromeda'yı içeren galaksi topluluğudur.
5. Virgo Süper Kümesi ve onu da kapsayan Laniakea Süper Kümesi yaklaşık 400 milyon ışık yılı genişliğindedir ve yaklaşık 100.000 galaksi içerir.
6. Gözlemlenebilir evren, çapı yaklaşık 93 milyar ışık yılı olan, yüz milyarlarca ile 2 trilyon arasında galaksi barındırdığı tahmin edilen küredir.

Bu basamakların her biri, bir öncekinden çok daha büyüktür ve evrenin "boş" görünen ölçeğini anlatır: Galaksiler arasında bile metreküpte bir atomdan az madde bulunur. Ayrıntılar "Uzay", "Güneş Sistemi" ve "Evrenin büyük ölçekli yapısı" sayfalarında.

Kısaca

• Evren, tüm madde, enerji, uzay ve zamanın toplamıdır; yaşı yaklaşık 13,8 milyar yıldır.
• Büyük Patlama modeli genişleme, kozmik mikrodalga arka plan, hafif element bolluğu ve büyük ölçekli yapı ile desteklenir.
• Evrenin yalnızca yaklaşık %5'i sıradan maddedir; gerisi karanlık madde ve karanlık enerjidir.
• Gözlemlenebilir evrenin çapı yaklaşık 93 milyar ışık yılıdır; evrenin tamamının boyutu bilinmiyor.
• Genişleme 1998'den beri bilindiği üzere hızlanıyor; genişleme hızının kesin değeri (Hubble gerilimi) tartışmalı.

Kaynaklar: Wikipedia — Universe, Wikipedia — Big Bang, Wikipedia — Hubble's law, Wikipedia — Cosmic microwave background, Wikipedia — Henrietta Swan Leavitt, Wikipedia — Observable universe