Evrenin Evrimi

Yüzyıl önce, yaratılışçılar ile Evrimciler arasında acı sonuçlar veren bir tartışma vardı. Tanrı mı bugün gördüğümüz Dünya’yı yarattı? Çok büyük düzensiz yapılar yeşil çayırların ortasına Tanrı tarafından mı yerleştirildi ? Yoksa oralara buz ile mi taşındılar.

Fosiller yaşamın evrimine ipuçları verebilirler mi? ya da Tanrı fosilleri içeren kayaları mı yarattı? Bu sorulara evrimciler doğru yanıtlar verebildikleri halde, yaratılışçılar evrimin nerede başladığı sorusunu bir türlü yanıtlayamadılar.

Evrenin başlangıç noktası, büyük patlamanın keşfi ile açıklık kazanmaya başladı. Başlangıçta, büyük patlamadan bir saniye sonra, düşünülemeyecek kadar küçük kesirde, evren ölçülemeyecek kadar sıcaktı ve hiç bir şey içermiyordu. Bununla birlikte, enerji çok miktarda yoğunlaşmıştı. Evren genişledikçe ve soğudukça, enerji maddeye dönüştü. Evren 1/10,000 saniye bir yaş değerinde olduğu zaman, eksotik ve kısa ömürlü partiküller, protonlara ve nötronlara, yani bugün bildiğimiz maddeye dönüştü. Bu zaman ölçeğinde, sıcaklık 1012 oC mertebelerine düştü. Yoğunluk ise, dikiş yüksüğü başına 1,000 milyon ton değerine azalmıştı.

Böyle bir süreçte maddenin yaratılışı pek te önemli bir şey olarak görünmeyebilir. Madde, enerjiden itibaren CERN’deki gibi büyük parçacık hızlandırıcılarında üretililirse, eşit miktarda madde ve antimadde üretilir. Ne var ki, bu iki nicelik tekrar enerji oluşturmadan birbirlerini yok ederler. Bu yüzden, evren bugüne kadar süre gelen maddeyi yaratmış olamaz. Maddenin antimadde üzerinde çok küçük dengesizce bir tercihi vardır. Maddenin büyük bir çoğunluğu yok olmuştur. Sadece, çok küçük miktarda madde ayakta kalmış olup, bugün gözlediğimiz olan da bu kalan maddedir. Madde ve antimadde arasındaki dengesizlik, simetri kırılması olarak adlandırılır. Simetri kırılması tam olarak anlaşılmamakla beraber, varlığımız için önemli bir olgudur.

Büyük Patlamadan yüz saniye sonra, sıcaklık 100 milyon dereceye düştüğünde, ilk kez protonlar ve nötronlar en basit elementler olan döteryumun, helyumun ve lityumun izlerini (izotoplarını) oluşturmak için bir araya gelebildiler. Teori, tüm maddenin % 24 ünün helyum içerisine dönüştüğünü öngörmektedir ve bu, büyük patlama teorisi için bir zaferdir. Çünkü bu miktarda helyumdan daha az bir miktar, Gökadamız veya diğer gökadalardaki bir gaz bulutunda bulunamamıştır. Ayrıca döteryum ve lityumun gözlenen bollukları, teori ile çok iyi bir şekilde uyuşmaktadır. Bu gaz bulutlarının kimyasal bileşimi, bunların az da olsa kimyasal bir karışıma uğramadıklarını, bugün bile başlangıçtaki (ilkel) bileşimi yansıttıklarını bize söylemektedir. Kozmolojide hafif elementlerin bollukları, ilk kez Bern üniversitesinde ortaya çıkarılmış olup, bugün halen Bern’deki ISSI’de (Uluslararası Uzay Bilim Enstitüsü) önemli bir araştırma konusu oluşturmaktadır.

Hafif elementlerin “ilkel çekirdek sentezi”, bir soruyu ortaya çıkarıyor. Neden tüm madde helyum içerisine dönüşmedi? Eğer tüm madde helyuma dönüşse idi, daha sonra oluşan yıldızlar (içerisinde hidrojeni helyuma dönüştürdüklerinden dolayı parıldarlar) daki tüm yakıt, başlangıçta biteceğinden, gökyüzü karanlık kalır ve yaşam olanaksız hale gelirdi. Hidrojenin çoğunun ayakta kalmasının nedeni, nötronun protondan % 14 kadar daha kütleli olmasıdır. Böylelikle, bir nötron yaratmak için daha çok enerji gerekir. Halbuki, çok az sayıda veya tükendiklerinden dolayı, helyum üretimi durmuştur. Yaşamın, bir kez daha ince bir tehdit üzerinde asılı kaldığını anlıyoruz. Bu tehdit, nötron ve proton arasındaki küçük kütle farkıdır.

İlk aşamalarında evrenin, çok basit ve termodinamik dengede olduğu söyleniyor. Bu şu anlama geliyor, evren her yerde aynı idi. Bugün genişleyen evrenin soğuduğunu ve seyreldiğini ifade ediyoruz. Bugüne kadar da bunun tersi olmadı.

Şekil 5. Gökadamızdaki çok büyük Lagoon Bulutsusunun bir parçası. Sağ alt taraftaki parlak sıcak yıldız, farklı dalgaboylarında ışınımda bulunan sülfür, oksijen ve hidrojen atomlarını iyonlaştırır ve uyarır. Isıtılan gaz bir türbülans oluştururarak, moleküler gaz ve tozdan ibaret bulutta yıldız oluşumunu başlatır. Bu resimdeki bulutsu, yeni doğan yıldızların barındığı yerdir.

Ters olan şey, evrenin yapıları oluşturmasıdır. Tesadüfen diğerlerinden çok daha fazla madde içeren bölgeler oluştu. Bu yoğun bölgelerde, çekim genişlemeyi bölgesel olarak yavaşlattı ve hatta genişlemeyi büzülmeye doğru yöneltti. Hidrojen ve helyumdan ibaret dev, büzülen bulutlar oluştu ve bunlar daha küçük büzülen bulutlar içerisine parçalandı. Bu parçalar daha sonraları bugün gördüğümüz gökadalara doğru evrimleştiler (Şekil 6). Gökadalar büzülmeleri süresince döndüler ve dönmeleri, bunları daha fazla miktarda çökmelerine engel oluşturdu.

Şekil 6. Evrendeki yapı oluşumu, güzel görünümlü sarmal NGC 1232 gökadası gibi gökadaları oluşturmuştur. Bizim gökadamız Samanyolu, dışardan bakıldığında, NGC 1232 gökadasını andırmaktadır.

Bununla beraber, binlerce güneş kütlelerine sahip tek tek bulut etkileşmeleri büzülmeye devam edebildi ve yıldızları oluşturabildi. Yıldızların oluşumu, gökadalarda devam etmekte olan bir süreçtir. Bu süreçte, gaz tamamen kullanılıncaya kadar yeni yıldızlar sürekli olarak doğmakta, yaşlanmakta ve ölmektedirler. Gökadaların bazıları gaz depolarını tamamen tükettiler. Bizim Gökadamızda ise, uzun zamandır yıldızlar oluşmakta ve bu süreç devam etmektedir.

Büzülen bir yıldızın içerisi, sıcaklık bir kaç milyon dereceye ulaştığında ısınır. Bu anda, bir hidrojen bombası ateşlenir ve hidrojen, helyuma dönüşür. Bu işlevin sonucunda, büyük miktarda bir enerji salıverilir. Bu enerji yıldızın daha fazla büzülmesini engeller ve yıldızın parlamasına olanak sağlar. Böyle bir durumda Güneş’teki bu enerji, tüm yaşamın temelini oluşturur.

Küçük kütleli yıldızlar, tüm hidrojenlerini helyuma dönüştürdüklerinde, “Beyaz Cüce”ler olarak ölürler (Şekil 7). Daha büyük kütleli yıldızlar, helyumu, karbon, oksijen ve demire doğru daha kompleks elementlere yakarlar. Daha ağır elementlerin üretimi ile enerji salıverilmez, daha ziyade enerji gerekir. Bu enerji, büyük kütleli yıldızlar dev bir süpernova patlaması ile öldükleri zaman ortaya çıkar (Şekil 8). Bir astronom, parmağımızdaki altının bir süpernova patlaması ile üretildiğini söylediğinde bu bize şaşırtıcı gelebilir.

Şekil 7. Lyra takım yıldızındaki Gezegenimsi bulutsu. Merkezdeki sönük yıldız, yıldızın yaşamı boyunca oluşan kimyasal elementler ile zenginleşmiş olan dış zarfını kaybetmiştir. Merkezdeki yıldız, 120,000 derece bir yüzey sıcaklığa sahip olup, arta kalan bir çekirdektir. Ve beyaz cüceye doğru evrimleşecektir.

Şekil 8. Büyük Macellan Bulutundaki 1987A süpernovanın bir kalıntısı. Patlamadan yedi yıl sonra Hubble Uzay Teleskobu ile alınmıştır. Oluşan ağır elementlerin büyük bir miktarı gökadamız Samanyoluna ait yıldızlararası gaz içerisine atılmıştır.

Evet, evrendeki özelde Dünya üzerindeki tüm kimyasal elementler yıldızlarda üretilmiştir. Yıldızlar öldükleri zaman, kütlelerinin bir kısmını Gezegenimsi Nebula (bulutsu) olarak sakin bir şekilde veya bir süpernova olarak, patlamalı bir şekilde uzaya atarlar.

Böyle bir süreçte kimyasal olarak işlenmiş materyal, yıldızlararası ortama geri döner. Yeni oluşan yıldızlara bu şekilde, karbon, oksijen ve demir gibi elementler bulaşırlar. Güneş sistemimiz 4.6 Gigayıl önce oluştuğu zaman, 92 elementin hepsi zaten mevcut idi (Şekil 9). Başka bir ifade ile, büyük kütleli kimyasal olarak ürün veren yıldızlar kısa ömürlü oldukları için, elementlerin çoğunluğu, Güneş sisteminin kendisi yıldızlararası gazdan itibaren oluşmadan uzun süre önce orada bulunmakta idi. Dünya üzerindeki kimyasal değişkenliğin olmasının nedeni de, önceki yıldız nesillerinin ilkel hidrojen ve helyum dışında tüm elementleri oluşturmasından dolayıdır. Bu durumda şunu söyleyebiliriz: biz insanlar, yıldızlararası maddeden oluşmaktayız.

Şekil 9. Gökadamız Samanyolunda, zamanın fonksiyonu olarak yıldız oluşum hızı. Yıldızların çoğunluğu Büyük Patlamadan 3 Gigayıl sonra oluştular. Dünyamızın da yer aldığı Güneş sistemimiz, yaklaşık 5.4 Gigayıl sonra oluştuğu zaman 92 elementin hepsi de yıldızların içerisinde üretilip, yıldızlararası ortama atıldılar. Bu, Dünya’nın işlenmiş materyal bakımından nispeten zengin olmasının nedenini açıklamaktadır.

Bu öykünün en karışık tarafı, yapıların (gökadaların ve yıldızların) oluşumunun bu kadar hızlı sürmesidir. Gökadamızdaki en yaşlı yıldızlar 12 Gigayıl yaşındadır. Bir başka ifade ile, büyük patlamadan 2 Gigayıl sonra oluştular. Tüm maddenin yarısının protonlar ve nötronlar halinde olmayıp, “eksotik” halde oldukları kabul edilmedikçe, bilgisayar modelleri bu kadar kısa aralıklarda yapıları oluşturmakta başarısız kalır.

Karanlık madde olarak adlandırılan bu yapılar, bilinmeyen özelliklere sahip parçacıklardan ibarettir. Ne var ki, karanlık madde, yapı oluşumunu açıklamada kaçınılmaz olarak gereklidir. Bu anlaşılması zor madde biçimini tespit etmek için, bugünlerde büyük çabalar harcanmaktadır. Bununla birlikte, hayal edebildiğimiz evrende, karanlık madde dışında bilemediğimiz daha başka şeyler olabilir.