Kozmik Ufuklar Nelerdir? Bizden Ne Kadar Uzaktaki Bir Galaksiyi Göremeyiz?

Evren sonsuz da olsa genel olarak kabul edilen Big Bang kozmolojisine göre biz evrenin sadece bir parçasını görebiliriz; bu parçaya "Gözlemlenebilir Evren" adı verilir. Kozmolojik ufukta ne kadar uzağı görebildiğimizi açıklayan kabul görmüş üç adet tanım vardır. Bu yazının amacı da bu üç farklı tanımı çok da teknik olmayan yollarla anlatmak olacaktır.

Parçacık Ufku (Gözlemlenebilir Evrenin Sınırı)

Uzaktaki bir galaksiye baktığımız zaman, onun ışığının bize ulaşması milyonlarca (belki de milyarlarca) yıl sürer. Eğer kozmolojik ölçekte bir metre inşa edebilseydik, Dünya ile uzaktaki galaksiler arasındaki mesafeyi nicel olarak ölçebilirdik. Bu da bize Dünya ve galaksi arasındaki o anki mesafeyi verirdi. ("O anki" mesafe denmesinin sebebi, Evrenimizin genişlemesi ve birbirlerine yer çekimi ile bağlı olmayan iki cisim arasındaki mesafenin zamanla artmasıdır.)

Aşağıdaki örnekte, 300 milyon yıl önce başka bir galaksiden Dünya'mıza doğru yola çıkan bir fotonun yola çıktığı anda Dünya ile arasındaki mesafe 294 milyon ışık yılıdır. Ancak Dünya, foton bize ulaşana kadar sürekli fotondan uzaklaşmaktadır. Yani bu foton Dünya'ya ulaşmak için aslında 300 milyon ışık yılı yol almıştır. Foton bize ulaştığında ise Dünya ve galaksi arasındaki o anki mesafe 306 milyon ışık yılı olacaktır.

Explaining Science

Parçacık ufku, teorik olarak belirli bir anda görebileceğimiz maksimum mesafeyi ifade etmektedir. Dünya merkezli, 46.5 milyar ışık yılı yarıçapı olan bir küre şeklindedir. Uzaktaki bir cisme baktığımızda zamanda geriye bakmış oluruz ve parçacık ufkundaki bir nesneden yola çıkan ışık Evrenin oluşumunda yola çıkıp Evrenin yaşı boyunca bize doğru yolculuk etmektedir.

The Science Geek

Bugün gözlemlediğimiz tüm nesneler gözlemlenebilir Evren'in sınırlarını oluşturan parçacık ufkunun içerisinde yer almaktadır. Eğer bir nesne parçacık ufkunun ötesinde yer alıyorsa Evren, o nesnenin ışığını bize ulaştırabilecek kadar yaşlı değildir.

Big Bang'in sıfır noktasında parçacık ufkunun yarıçapı da sıfır olmalı ve Evren'in yaşıyla birlikte parçacık ufkunun yarıçapı da artmalıdır. Bunun iki sebebi vardır:

1. Evren'in yaşı arttıkça ışık bize ulaşana kadar daha uzun mesafeleri dolaşabilir.
2. Parçacık ufku belirli bir anda bizim görebildiğimiz en uzak mesafedir ve Evren'in genişlemesiyle iki cismin arasındaki mesafe de artacaktır.

Ancak aslında, parçacık ufkuna kadar olan her şeyi tamamen göremeyiz. Çünkü Evren'in erken zamanları atomların var olabilmesi için çok sıcaktı. O sırada Evren, pozitif yüklü hidrojen ve helyum iyonları ve negatif yüklü elektronlardan oluşan plazma içeriyordu. Işığın da bir çeşidi olduğu elektromanyetik radyasyon, plazmadan geçemiyordu. Görebildiğimiz en eski radyasyon olan Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işıması, Evren 400.000 yaşındayken atomların var olabileceği kadar soğumasından sonra oluşmuştu. Şu an gözlemlediğimiz Kozmik Mikrodalga Arka Plan Işıması, o tarihten itibaren küresel bir noktadan bize doğru yol almaktadır. Aradaki mesafe ise Dünya'dan yaklaşık 46 milyar ışık yılı ötededir.

Olay Ufku ve Hubble Küresi

Daha önce de bahsedildiği gibi Evren genişlemektedir. Yani bizden uzakta olan bir nesne bizden daha da hızlı bir şekilde uzaklaşmaktadır. Resesyonel hız ve galaksinin bizez olan mesafesi arasında net bir ilişki vardır. Bu ilişki Hubble Yasası olarak bilinmekte ve aşağıdaki gibi formüle edilmektedir:

$v=H_{0}D$

Burada $v$ bizden uzaklaşan nesnenin hızı, $D$ nesnenin uzaklığı ve $H_0$ Hubble sabitidir. Eğer $v$ kilometre/saniye olarak ve $D$ megaparsel (1 Mpc =3.26 milyon ışık yılı olmak üzere) olarak ölçülürse o zaman $H_0$ yaklaşık olarak Mpc başına 70 km/s olur.

Hubble sabiti Evren'in tam olarak ne kadar hızlı genişlediğini ölçer. Gerçekte Hubble sabiti zamanla değişmektedir ve bu yüzden Hubble parametresi olarak adlandırılması daha doğru olur. Hubble sabiti, şu anki Hubble parametresinin değeridir; ancak sabitin değişme oranı çok küçüktür. Şu anki değerin %1 düşmesi için bile yüz milyonlarca yıl geçmesi gerekmektedir.

Hubble Yasasının her mesafede (yani geçmişteki tüm zamanlarda) geçerli olduğunu varsayarsak 4300 Mpc (14 milyar ışık yılı) mesafeden sonraki galaksiler bizden 300.000 km/s'den (yani ışık hızından) daha hızlı uzaklaşacağı için o galaksilerden yola çıkan ışık bize hiçbir zaman ulaşamayacaktır.

Hubble Küresi, Dünya merkezli 4300 Mpc yarıçapa sahip hayali bir küredir. Eğer Hubble parametresi zamanla değişmeseydi, sadece bugünkü Hubble küresinin içinde bulunan nesnelerin ışıklarını görebilirdik.

The Science Geek

Ancak Hubble parametresi zamanla değişir ve bu da bize daha geliştirilmiş bir kavrama, "olay ufkuna" ihtiyacımız olduğunu gösterir. Olay ufku, şu an oluşacak ışığın uzak gelecekte bize ulaşabileceği en uzak mesafeyi tanımlar ve şu öncülleri sağlar:

• Eğer cisim bize olay ufkundan daha yakınsa ışığı bize ulaşacaktır.
• Eğer cisim bize olay ufkundan daha uzakta yer almaktaysa oradan yola çıkacak ışık bize hiçbir zaman ulaşamaz, yani hiçbir zaman o nesneyi göremeyiz.

Eğer Hubble parametresi zamanla değişiyor olmasaydı o zaman olay ufkumuz 14 milyar ışık yılı yarıçapa sahip bir Hubble küresi olurdu. Bunun yanında birçok kozmolojik modelde, Evren genişlese bile Hubble sabiti değeri zamanla düşmektedir. Bu da bize olay ufkunun Huble küresinden daha büyük olduğunu ve aradaki farkın da zamanla değişeceğini gösterir.

The Science Geek

Aşağıdaki grafik bize olay ufkunun zamanla değişimini vermektedir. Şu anki Evren modelinde olay ufku gittikçe azalan miktarlarda büyüyecektir. Maksimum değerine ise 18 milyar ışık yılında varacaktır.

The Science Geek

Teknik Notlar

Hubble yasası ($v=H(t)D$ ) uzak mesafelerde ışık üstü hızlarda uzaklaşma ön gördüğünden, galaksinin bizden ışık üstü bir hızda uzaklaştığı sonucunu vermesini önlemek adına bazen bir tür "özel görelilik düzeltmesi" gerektiği söylenebilir, ancak bu doğru değildir.

Aslında gözlemcinin eylemsizlik çerçevesinin dışında ışık hızından daha hızlı bir hareket görmesi, özel görecelikle çelişen bir durum değildir ve genelde Evren'i bir bütün olarak tanımlarken genel görelilik yeterli olmaktadır.

Uzak galaksiler bizden ışık üstü hızlarda uzaklaşmaktadır. Bu da onların ışığının bize asla ulaşamayacağı anlamına gelir. Ayrıca galaksiler bulundukları yerde kendilerine göre sabit oldukları için kendi eylemsizlik çerçeveleri özel görecelikle daha iyi açıklanmaktadır.