Arno Penzias

Arno Allan Penzias, Büyük Patlama'dan geriye kalan ve bütün gökyüzünü dolduran zayıf ışınımı, yani kozmik mikrodalga arka planı ilk kez ölçen iki bilim insanından biridir. 1964'te Bell Laboratuvarları'nda Robert Woodrow Wilson'la birlikte bir radyo antenindeki açıklanamayan bir “gürültünün” peşine düştü; bu gürültünün evrenin sıcak ve yoğun bir başlangıçtan geldiğinin en güçlü kanıtlarından biri olduğu anlaşıldı. Keşif, evrenin kökeni tartışmasını büyük ölçüde Büyük Patlama kuramı lehine çevirdi. Penzias ve Wilson bu buluşla 1978 Nobel Fizik Ödülü'nün yarısını paylaştı.

Erken yaşamı ve eğitimi

Penzias 26 Nisan 1933'te Almanya'nın Münih kentinde, deri ticaretiyle uğraşan Yahudi bir ailenin çocuğu olarak doğdu. Nazi baskısı arttığında, altı yaşındayken kardeşi Gunther'le birlikte Yahudi çocukları İngiltere'ye taşıyan Kindertransport kurtarma programıyla Britanya'ya gönderildi. Anne ve babası da Almanya'dan kaçmayı başardı; aile önce İngiltere'ye, ardından ABD'ye geçti ve 1940'ta New York'un Bronx semtine yerleşti. Penzias 1946'da ABD vatandaşı oldu.

1951'de Brooklyn Teknik Lisesi'nden mezun oldu. New York Şehir Koleji'nde (City College) kimya okumaya başladı, sonra fiziğe geçti ve 1954'te sınıfının en başarılıları arasında lisans derecesini aldı. İki yıl ABD Ordusu Muhabere Birliği'nde radar subayı olarak görev yaptıktan sonra 1956'da Columbia Üniversitesi'ne girdi. Burada yüksek lisans ve doktorasını tamamladı; 1962'de verdiği doktora tezi, Pegasus I gökada kümesinde hidrojenin 21 santimetrelik yayınımı üzerineydi. Tez danışmanı, daha sonra maseri icat edecek olan Charles H. Townes'tu.

Kariyeri

Penzias önce Columbia Üniversitesi'nin mikrodalga fiziği üzerine yoğunlaşan Radyasyon Laboratuvarı'nda araştırma asistanı olarak çalıştı. Ardından New Jersey'nin Holmdel kasabasındaki Bell Laboratuvarları'na geçti. Burada Robert Wilson'la birlikte radyo gökbilimi için son derece hassas, aşırı soğutulmuş mikrodalga alıcıları üzerinde çalıştı. Bu alıcılar, gökten gelen çok zayıf radyo sinyallerini ölçebilmek için sıvı helyumla mutlak sıfırın yalnızca birkaç derece üstüne kadar soğutuluyordu.

Kozmik mikrodalga arka planın keşfi

İkili, Bell Laboratuvarları'nın Crawford Hill tesisinde bulunan ve aslında NASA'nın Echo uydu haberleşme projesi için yapılmış dev boynuz biçimli anteni kullanıyordu. 1964'te 4080 megahertz frekansında (yaklaşık 7,35 santimetre dalga boyu) yaptıkları ölçümlerde, beklenenden yaklaşık 100 kat güçlü, gece gündüz değişmeyen ve gökyüzünün her yönünden eşit gelen bir gürültüyle karşılaştılar. Gürültü Samanyolu'nun yayınımından çok daha zayıftı ve herhangi bir kaynağa bağlanamıyordu.

Önce dünyevi bir parazitten şüphelendiler; New York kentini kaynak olarak eledi, antene yuva yapan güvercinleri uzaklaştırıp kuş ve yarasa pisliklerini temizlediler. Penzias bu pisliği esprili bir dille “beyaz dielektrik malzeme” diye anmıştı. Temizlikten sonra da gürültü yerinde duruyordu. Atmosferin ve cihazın katkısını çıkardıklarında geriye yaklaşık 3,5 kelvinlik bir fazlalık kalıyordu.

Çözüm komşu bir üniversiteden geldi. Penzias, yaklaşık 60 kilometre ötedeki Princeton Üniversitesi'nde Robert Dicke ve ekibinin tam da böyle bir ışınımı aramaya hazırlandığını öğrendi ve Dicke'yi aradı. Dicke, sinyalin bazı kozmoloji kuramlarının öngördüğü arka plan ışıması olabileceğini düşündü. 1965'te iki makale aynı dergide, Astrophysical Journal Letters'ta yan yana yayımlandı: Penzias ve Wilson ölçümlerini “4080 Mc/s'de fazla anten sıcaklığının ölçümü” başlığıyla sundu, Princeton ekibi ise bunun kozmolojik yorumunu yaptı. Bu ışınım, Ralph Alpher, Robert Herman ve George Gamow'un 1940'ların sonunda yaptığı öngörüleri de doğruluyordu.

Uzay ve astronomiye etkisi

Kozmik mikrodalga arka plan ışıması, evren yaklaşık 380 bin yaşındayken serbest kalan ve evrenin genişlemesiyle mikrodalga boylarına kadar soğumuş eski ışıktır. Penzias ve Wilson'ın ölçümü, rakip kararlı durum modelinin açıklamakta zorlandığı bu ışınımı doğrudan gözler önüne serdi ve Büyük Patlama'nın kanıtları arasında en sağlam yerlerden birine oturdu. Sonraki on yıllarda NASA'nın COBE (1989-1996) ve WMAP (2001) uyduları ile ESA'nın Planck (2009-2013) uydusu bu ışınımı çok daha ayrıntılı haritalayarak modern kozmolojinin temel veri kaynağına dönüştürdü.

1978 Nobel Fizik Ödülü, “kozmik mikrodalga arka plan ışımasını keşfettikleri için” Penzias ve Wilson'a verildi; ödülün diğer yarısı, düşük sıcaklık fiziğindeki çalışmaları nedeniyle Pyotr Kapitsa'ya gitti.

Mirası

Penzias, 1975'te ABD Ulusal Bilimler Akademisi ve Amerikan Sanat ve Bilimler Akademisi üyeliğine seçildi; 1977'de Wilson'la birlikte Henry Draper Madalyası'nı aldı. 1998'de Endüstriyel Araştırma Enstitüsü'nün IRI Madalyası'yla onurlandırıldı. 2019'da Nürnberg'deki Regiomontanus Gözlemevi'nde 3 metrelik bir radyo teleskobu onun adına adandı; 2023'te ise Amerika Radyo Kulübü, radyo bilimlerinde temel araştırmaya katkıyı ödüllendiren bir ödüle onun adını verdi.

Penzias 22 Ocak 2024'te, 90 yaşında San Francisco'da hayatını kaybetti. Keşfin hikâyesi, Büyük Patlama'nın tarihçesi anlatılırken bugün de rastlantı ile titiz deneyciliğin buluştuğu en sevilen örneklerden biri olarak anılır.

Bilmeye değer

• Altı yaşında, Nazi Almanyası'ndan çocukları kurtaran Kindertransport programıyla İngiltere'ye gönderildi.
• Üniversitede kimya okumaya başlamış, sonra fiziğe geçmişti.
• Keşfi yaptıkları boynuz anten 1989'da ABD Ulusal Tarihî Simge Yapısı ilan edildi.
• Antendeki kuş pisliğini şakayla “beyaz dielektrik malzeme” diye adlandırmıştı.
• Ölçtükleri fazlalık yaklaşık 3,5 kelvindi; bugün ışınımın sıcaklığı yaklaşık 2,725 kelvin olarak biliniyor.

Fotoğraf: Willy Pragher (Landesarchiv Baden-Württemberg) · CC BY 3.0 DE · Wikimedia Commons