Astrofizik

Astrofizik, fizik ve kimyanın yöntemlerini yıldızlara, galaksilere, gezegenlere ve evrenin bütününe uygulayan bilim dalıdır. Alanın kurucularından James Keeler'ın ifadesiyle astrofizik, gök cisimlerinin nerede olduğundan çok ne olduklarını anlamaya çalışır. Günümüzde "astronomi" ve "astrofizik" sözcükleri çoğu zaman birbirinin yerine kullanılır.

Nasıl işler?

Astrofizikçi bir yıldıza dokunamaz, ama ondan gelen ışığı çok ayrıntılı çözümleyebilir. Işığı renklerine ayırdığınızda ortaya çıkan tayfta ince karanlık ya da parlak çizgiler görülür. Her element bu çizgileri kendine özgü dalga boylarında oluşturur; bu yüzden tayf, yıldızın kimyasal parmak izidir. Çizgilerin genişliği ve kayması da sıcaklık, basınç, dönme ve bize göre hareket hakkında bilgi verir.

Bu ölçümler fizik kuramlarıyla birleştirilir. Klasik mekanik, elektromanyetizma, termodinamik, kuantum mekaniği, görelilik ve nükleer fizik bir yıldızın içinde aynı anda iş başındadır. Kuramsal astrofizikçiler bu yasalarla yıldız modelleri ve evren simülasyonları kurar; gözlemciler de modellerin öngördüğü işaretleri arar. Bugün gözlemler radyo dalgalarından gama ışınlarına kadar tüm elektromanyetik tayfa yayılmıştır; 21. yüzyılda kütleçekim dalgaları da bu araç takımına eklenmiştir.

Gözlemler dalga boyuna göre ayrı kollara ayrılır. Radyo astronomisi birkaç milimetreden uzun dalgalarla, çoğunlukla yıldızlararası gaz ve toz bulutları gibi soğuk cisimleri inceler. Kızılötesi astronomi, gezegenler gibi yıldızlardan daha soğuk cisimleri görmeye yarar. Morötesi, X ışını ve gama ışını astronomisi kara delikler, magnetarlar ve çift pulsarlar gibi çok enerjik süreçleri inceler; bu ışınlar atmosferi iyi geçemediği için çoğunlukla uzay teleskopları kullanılır. Zaman ölçeği de değişir: radyo gözlemleri milisaniyelik pulsar atımlarını yakalayabilirken, bazı cisimlerin yüzyıllara yayılan kayıtları vardır.

Örnekler

Astrofiziğin incelediği konular arasında Güneş fiziği, yıldızların doğumu ve ölümü, yıldızlararası madde, ötegezegenler, galaksilerin oluşumu ve kozmik mikrodalga arka plan ışıması bulunur. Karanlık madde ve karanlık enerji ile evrenin kökeni ve sonu da alanın en büyük sorularıdır. Kara delikler ve nötron yıldızları önce kuramla öngörüldü, sonra kuasarlar ve pulsarlar gibi olguları açıklamak için kullanıldı.

Helyum, astrofiziğin klasik bir başarı öyküsüdür. Norman Lockyer 1868'de Güneş tayfında bilinen hiçbir elemente uymayan sarı bir çizgi gördü ve bunun yeni bir elemente ait olduğunu ileri sürdü. Element, Güneş'in Yunanca adından esinlenerek helyum diye adlandırıldı.

Tarihçe

Aristoteles'ten bu yana gök cisimlerinin Dünya'dakinden tümüyle farklı bir maddeden yapıldığı düşünülüyordu. 17. yüzyılda Galileo, Descartes ve Newton gökte ve yerde aynı yasaların geçerli olduğunu savundu, ancak bunu kanıtlayacak araçlar henüz yoktu. 19. yüzyılın başında William Hyde Wollaston ve Joseph von Fraunhofer, Güneş ışığının tayfında karanlık çizgiler buldu. 1860'a gelindiğinde Gustav Kirchhoff ve Robert Bunsen bu çizgilerin bilinen elementlerin çizgileriyle örtüştüğünü gösterdi. Böylece Güneş'te ve yıldızlarda Dünya'dakiyle aynı elementlerin bulunduğu kanıtlandı.

1885'te Edward Pickering, Harvard Gözlemevi'nde yıldız tayflarını sınıflandırma programı başlattı. Williamina Fleming, Antonia Maury ve Annie Jump Cannon'ın da içinde olduğu kadın hesaplayıcılar ekibi, 1890'a kadar 10.000'i aşkın yıldızı katalogladı. Cannon'ın geliştirdiği Harvard sınıflaması 1922'de dünya çapında kabul gördü. Cecilia Payne-Gaposchkin 1925'teki doktora tezinde yıldızların ağırlıklı olarak hidrojen ve helyumdan oluştuğunu öne sürdü. 1895'te George Ellery Hale ve James Keeler, alanın hâlâ yayımlanan başlıca dergisi The Astrophysical Journal'ı kurdu.

İlgili terimler

• Astronomi
• Tayf (spektrum)
• Kozmoloji
• Yıldız
• Kara delik
• Nötron yıldızı