Kozmoloji

Kozmoloji, evrenin bütün olarak nasıl ortaya çıktığını, nasıl bir yapıya sahip olduğunu, nasıl evrildiğini ve nasıl sonlanabileceğini inceleyen bilim dalıdır. Astronominin evreni tek bir sistem olarak ele alan koludur. Bugünkü bilimsel kozmolojinin merkezinde Büyük Patlama kuramı ve onun karanlık madde ile karanlık enerjiyi içeren standart sürümü, Lambda-CDM modeli bulunur.

Nasıl işler?

Kozmolojinin kuramsal temeli Einstein'ın genel görelilik kuramıdır. Bu kuram, kütleçekimini uzay ve zamanın geometrisi olarak tanımlar ve evrenin bütününe uygulandığında genişleyen ya da büzülen evren çözümleri verir. Gözlemsel tarafta ise ışığın sonlu hızı büyük bir kolaylık sağlar: uzağa bakmak geçmişe bakmak demektir. Bu nedenle kuramsal astrofizikçi David Spergel kozmolojiyi bir "tarih bilimi" olarak niteler.

Üç gözlem standart modelin dayanağıdır. Birincisi, uzak galaksilerin ışığının kırmızıya kayması, yani evrenin genişlemesidir. İkincisi kozmik mikrodalga arka plan ışımasıdır: evren nötr atomların oluşacağı kadar soğuduğunda serbest kalan ve bugün her yönden gelen bu ışıma, erken evrenin fotoğrafı gibidir. Üçüncüsü, hafif elementlerin oranlarıdır. Büyük Patlama çekirdek sentezi evren yaklaşık üç dakikalıkken sona ermiş ve ağırlıkla hidrojen ile helyum üretmiştir.

Örnekler

Gözlemler evrenin yaklaşık 13,8 milyar yıl önce sıcak ve yoğun bir durumdan başladığını gösteriyor. 1998'de uzak süpernovaları inceleyen iki ayrı ekip, genişlemenin beklendiği gibi yavaşlamadığını, tersine hızlandığını buldu. Bu hızlanmanın sorumlusu olarak öne sürülen ve doğası bilinmeyen bileşene karanlık enerji denir. NASA'ya göre evrenin enerji içeriğinin yaklaşık yüzde 68-70'i karanlık enerjidir. Karanlık maddenin ise evrendeki tüm maddenin yaklaşık yüzde 85'ini oluşturduğu düşünülür; yani gördüğümüz yıldızlar ve gaz, toplam maddenin küçük bir bölümüdür.

Kozmoloji henüz yanıtlanmamış büyük sorularla doludur: karanlık maddenin ve karanlık enerjinin ne olduğu, evrende neden karşı maddeden çok daha fazla madde bulunduğu ve genişlemenin gelecekte nasıl süreceği bunların başında gelir.

Kozmolojinin alt dallarından kozmogoni evrenin kökenini, kozmografi ise evrenin büyük ölçekli yapısının haritasını çıkarmayı inceler. Ölçümler, evrenin Büyük Patlama ve hemen ardından gelen şişme döneminden bu yana 13,799 ± 0,021 milyar yıl geçtiğini gösteriyor. Evrende madde ve karşı madde bölgeleri olsaydı, sınırlarında yok olma tepkimelerinden doğan X ve gama ışınları görülürdü; bu ışınımın görülmemesi, evrenin büyük ölçüde maddeden oluştuğunu gösterir.

Tarihçe

"Kozmoloji" sözcüğü İngilizcede ilk kez 1656'da Thomas Blount'un sözlüğünde geçer; Alman filozof Christian Wolff 1731'de terimi metafiziğin bir dalı için kullandı. Fiziksel kozmoloji ise Einstein'ın genel görelilik kuramıyla başladı. Einstein 1917'de evreni durağan tutmak için denklemlerine kozmolojik sabit adlı bir terim ekledi. 1910'larda Vesto Slipher sarmal bulutsuların ışığındaki kırmızıya kaymayı ölçtü. 1922'de Alexander Friedmann genişleyen ve büzülen evren çözümlerini yayımladı; 1927'de Georges Lemaître evrenin bir zamanlar çok yoğun ve sıcak olduğu fikrini ortaya koydu. 1929'da Edwin Hubble, galaksilerin uzaklıklarıyla orantılı hızla uzaklaştığını gösterdi.

Belirleyici kanıt 1965'te geldi: Arno Penzias ve Robert Wilson kozmik mikrodalga arka plan ışımasını keşfetti. 1990'lardan bu yana arka plan ışımasının ayrıntılı ölçümleri, uzak süpernovalar ve büyük galaksi taramaları, bugünkü standart modelin kurulmasını sağladı.

İlgili terimler

• Büyük Patlama
• Kozmik mikrodalga arka plan ışıması
• Karanlık madde
• Karanlık enerji
• Hubble yasası
• Kırmızıya kayma