Yıldızlararası mesafe nasıl hesaplanır?

Yıldızlararası mesafeyi hesaplamanın, daha doğrusu evrendeki mesafeleri hesaplamanın, birçok yolu var. Fakat bunların çoğunun kullanımı, bir önceki ilkel yöntemin kullanımını gerektiriyor aynı zamanda. Örneğin sıkça bahsedilen paralaks yöntemi, sadece bize çok yakın yıldızlar için geçerli bir yöntem ve galaksinin dışına uygulamamız ise hiç mümkün değil.

Lakin paralaks sayesinde uzaklığını ölçtüğümüz bazı gök cisimlerinin, salt parlaklıklarını belirleyebiliyoruz. Cepheid gibi değişen yıldızlardan gördüğümüz üzere, bu cisimlerin parlaklıkları bize uzaklık ölçmede faydalı bir araç oluyor. Şanslıyız ki Cepheid değişkenlerini çok daha uzaktalarken bile görebiliyoruz.

Cepheid sayesinde gözlediğimiz bir galakside gerçekleşen süpernova patlaması, ayrı bir standart mum görevi görüyor. Fark ediyoruz ki Tip Ia olarak adlandırdığımız süpernova patlamaları, standart bir ışığa sahip. Dolayısıyla salt parlaklıklarını bildiğimiz için, görünür parlaklıklarını ölçerek uzaklıklarını belirleyebiliyoruz. Çok şanslıyız ki, süpernovalar çok çok daha uzaktan görünebiliyor. Evrenin en uzak yerlerini gözleyip, uzaklığı ölçmemize olanak tanıyor.

Paralakstan Cepheidlere, Cepheidlerden Tip Ia süpernovalara... Bu yönteme uzaklık merdiveni adını veriyoruz. Detaylı bir yazımızı referanslara bırakıyorum.

Yıldızların Dünyamıza olan uzaklığı da bazı varsayımlar ve biraz da geometri bilgisi kullanılarak hesaplanır. Bu bağlamda en öne çıkan yöntem “paralaks”tır.

10.000 Işık Yılından Daha Yakın Yıldızlar

Yakın geçmişe kadar evrenin bu kadar büyük, yıldızların da bize bu kadar uzak olduğunu bilmiyorduk. 20. yüzyıldaki bilimsel ilerlemelerle birlikte yıldızların aslında tahmin edilenden çok daha uzakta olduğunu öğrendik. Öyle ki, bu mesafeler günlük hayatta kullandığımız uzunluk birimleri ile ifade edildiği zaman çok zor anlaşılır. Bu nedenle, gökbilimde uzaklıkları ifade etmek için farklı birimler kullanılır. İlk olarak “Astronomik Birim”in tanımını yapalım. 1 Astronomik Birim (AB), Dünya’nın Güneş’ten ortalama uzaklığı olan 149,6 milyon kilometreye karşılık gelir. AB’nin astronomik mesafeleri nasıl daha kolay kavramamıza yardımcı olduğunu anlamak için 2006’da gezegen olma sıfatını yitiren Plüton ile Güneş arasındaki mesafeyi ele alalım. “Plüton, günöte konumundayken (Güneş’e en uzak konumdayken) Güneş’e 7.375.927.931 (~7,37 milyar) km mesafededir” ifadesi pek de anlamlı değildir. Ancak “Plüton günöte konumundayken Güneş’e 49,3 AB uzaklıktadır” denildiğinde aradaki mesafenin Dünya’nın Güneş’e uzaklığının 49,3 katı olduğunu kolayca anlarız.

Fakat evrenin büyüklüğü karşısında, AB bile pek çok durumda yetersiz kalır. Gökbilimde en yaygın kullanılan uzunluk birimi, ışığın bir yılda (Dünya’nın Güneş’in etrafında bir kez dönmesi sırasında geçen süre olan 365 gün 6 saat) katettiği mesafeyi belirten “ışık yılı”dır. Bir ışık yılı yaklaşık 9 trilyon kilometredir. Gökbilimcilerin tercih ettiği bir başka uzunluk birimi ise Star Wars hayranlarının aşina olabileceği “parsek”tir. Yaklaşık olarak 3,26 ışık yılına karşılık gelen bu birimin ne anlama geldiğini şu şekilde ifade edebiliriz: En dar açısı bir arksaniye olan bir dik üçgen çizelim (matematik derslerimizden hatırlayacağımız gibi arksaniye ya da açısal saniye, 1 derecenin 1/3600’üne eşittir, yani yaklaşık 0,0003 derecedir). Bu üçgenin en küçük kenarının (1 arksaniyelik açının karşısındaki kenarın) uzunluğu, 1 AB’ye eşit olsun. Bu üçgenin dik açısını oluşturan diğer kenarının uzunluğu 1 parsektir.

İki nokta arasındaki mesafeyi ölçmek için bir noktadan diğerine şerit metre çekeriz. Oysa bu her zaman mümkün olmaz. Örneğin Dünya’nın çapını hesaplamak için Ekvator’u boydan boya saracak bir şerit metre kullanamayız, ancak gerçekçi varsayımlar ve zekâ ürünü yöntemlerle bu uzunluğu belirleyebiliriz. (Dünya’nın çevresini Eratosthenes günümüzden 2200 yıl önce, gölge boylarını hesaplayarak bulmuştur.) Yıldızların Dünyamıza olan uzaklığı da benzer şekilde varsayımlar ve biraz da geometri bilgisi kullanılarak hesaplanır. Bu bağlamda en öne çıkan yöntem “paralaks”tır.

Paralaks yöntemi, farklı noktalardan bakıldığında cisimlerin “yer değiştiriyormuş gibi” görünmesi esasına dayanır. En basit şekliyle anlatacak olursak, başparmağınızı gözünüzün hizasına getirin ve uzaktaki bir cisme odaklanın. Önce bir gözünüzle sonra diğer gözünüzle cisme bakın. Parmağınız sanki yer değiştiriyormuş gibi görünecektir. Yıldızların uzaklığı ölçülürken de benzer bir yöntem kullanılır. Önce bize olan uzaklığı ölçülmek istenen yıldız, farklı iki noktadan gözlemlenir. Daha sonra iki nokta arasındaki mesafe ve yıldızın bu noktalardan görülme açıları kullanılarak yıldızın Dünya’ya olan uzaklığı hesaplanır. Güneş hariç en yakın yıldızlar bile çok uzakta olduğu için, paralaks hesaplarında kullanılan iki nokta arasındaki mesafenin mümkün olduğu kadar büyük olması gerekir. Bu yüzden paralaks yönteminde genellikle Dünya’nın Güneş’in etrafındaki hareketinden yararlanılır. İki gözlem arasında altı ay olduğu zaman, gözlem yapılan noktalar arasındaki mesafe yaklaşık 2 AB olur ki bu gözlemlerimiz arasında elde edebileceğimiz maksimum uzaklıktır. Eğer gözlemler sonucunda ölçülen açılar arasında anlamlı bir fark elde edilebilirse, köşe noktaları Dünya, Güneş ve uzaklığı belirlenmek istenen yıldız olan üçgenin dar açısı ve dolayısıyla basit trigonometri işlemleri kullanılarak yıldıza olan mesafe hesaplanabilir. Ancak, birbirine 2 AB mesafedeki noktalardan ölçüm yapılsa bile, günümüzdeki teknolojiyle 3000 parsekten (~10.000 ışık yılından) daha uzak olan yıldızlar ile aramızdaki mesafeyi paralaks yöntemiyle belirleyemiyoruz. Avrupa Uzay Ajansı (ESA), 3000 parsekten çok daha uzaktaki yıldızların bize olan uzaklığını da paralaks yöntemi ile belirlemek için çalışmalar yapıyor. Gaia uydusu kullanılarak yapılacak araştırmalar sırasında 1 milyar yıldızın gözlemlenmesi düşünülüyor. 1 milyar heyecan verici bir sayı olsa da, bu, gökadamızdaki yıldızların sayısının sadece %1’i.