Baran Bozdağ
Boğaziçi Üniversitesi - Yazar / Editör
University of California'dan (Riverside) Naveen Reddy öncülüğünde gerçekleştirilen çalışmaların ardından üst üste yayımlanan iki makalede, evrenin saydam olmasına yetecek kadar enerjiyi niçin barındırdığı açıklanıyor. Araştırma, gökadaların içindeki gaz içeriğinin, yıldızlararası toz miktarı ile nasıl orantılı olduğunu açıklayan ilk niceliksel çalışma olarak ön plana çıkıyor.

Şu anda evrenimiz büyük ölçüde iyonize durumda ve saydam. Saydam olmasının anlamı, fotonların yani ışığın uzun mesafeler kat edebiliyor olması demek. Büyük Patlama'nın ardından evren çok küçüktü ve iyonize madde (hidrojen plazması) ile doluydu. İyonize maddenin miktarı (serbest elektronların çokluğu), fotonların kısa ömürlü olmasına yol açıyordu (fotonlar elektronlarla çarpışmadan ve yönleri değişmeden ilerleyemiyorlardı). Dolayısıyla evren opaktı.

Daha sonra (Büyük Patlama'dan yaklaşık 380.000 yıl sonra) rekombinasyon sayesinde baryonik maddenin büyük bölümü nötr hâle geldi (elektronlar ile protonlar kararlı hidrojen atomları oluşturdu); fotonlar uzun mesafelere gidebilir oldu. Evren saydamlaşmıştı ve genişliyordu. Bir yandan da madde yığınları çöküyordu. Bu iki etkenin sonucunda, gökadalar arası ortamın yoğunluğu epeyce düştü. Artık aynı madde için hem daha fazla yer vardı, hem de madde küçük öbekler şeklinde yoğunlaşarak, evrenin büyük bölümünü boş duruma getiriyordu.

Nötr hidrojeni iyonlaştıracak kadar enerjik olan erken evrende ikinci faz değişimi, nesneler sıkışmaya başlayınca gerçekleşti. Bu nesneler oluşup enerji salarken, evren nötr durumdan yine bir iyonize plazma durumuna geçiş yapmaya başladı. Bu olay Büyük Patlama'dan yaklaşık 150 milyon ile 1 milyar yıl arası zamanda gerçekleşti (6 < z < 20 kırmızıya kaymada). Ancak o sıralarda madde, evrenin genişlemesi nedeniyle dağılıyordu ve fotonlar ile elektronların saçılma etkileşimleri, elektron-proton rekombinasyonu öncesinden çok daha seyrekti. Böylece düşük yoğunluklu iyonize hidrojenle dolu bir evren saydam kalacaktı; tıpkı bugün olduğu gibi.

Madde öbekleri, içinde yıldızlar olan gökadalar olacak kadar çöktüğünde ve bu yıldızlar gökadalar arası ortamı yeniden iyonlaştırdığında, orada neredeyse hiç madde yoktu. Dolayısıyla fotonlar hiçbir engel olmadan serbestçe ilerlemeye devam etti. Evren saydam kaldı. Kısacası evrenin saydamlığının ardında yatan iki neden var: Rekombinasyon sonrası maddenin nötrlüğü ve reiyonizasyon sonrası maddenin seyrekliği. (Bkz. Evrenin Karanlık Çağını Sona Erdiren Şey Neydi?)

Yeni Çalışmada Neler Öğrenildi?


Yapılan analizler gökadalardaki gazın homojen dağılmamış olduğunu gösteriyor. Yani gökadanın bazı kısımları çok az gaz içerip doğrudan görülebilirken, bazı kısımları ise iyonlaştırıcı ışınıma karşı (gazları iyonize ederek radyasyon veya ışık saçılımı yapmalarına ve görülebilir olmalarına sebep olan enerji) opak olacak kadar yoğun miktarda gaz içerebiliyor.

The Astrophysical Journal'de yayımlanan çalışmada, hidrojen iyonizasyonunun gökadaların gelişmesi ve evrilmesindeki rolü sebebiyle büyük bir öneme sahip olduğu belirtiliyor. Bu nedenle araştırmada, farklı astrofiziksel enerji kaynaklarının, -yıldızlar, kara delikler vb.- evrenin iyonlaştırıcı radyasyon bütçesine ne kadarlık katkıda bulunduğuna odaklanıldı.

Birçok araştırma, sönmüş gökadaların erken evrendeki gazı iyonize etmeye yetecek kadar ışınımı (radyasyonu) sağlayabileceğini göstermişti. Dahası, gökadalardan kaçmayı başaran iyonlaştırıcı ışınım miktarının, gökadaların kendi bünyesindeki hidrojen miktarına bağlı olduğunu gösteren deliller de mevcut.

Araştırma ekibi de eldeki veriler ile gökadalardan kaçan iyonlaştırıcı ışınım miktarını tahmin etmekte kullanılabilecek bir model geliştirdi. Model, bunu gökadaların yaydığı ışınımın izgesinin (spektrumunun) ne kadar 'kırmızı' veya buradaki referans anlamı ile 'tozlu' olduğunu ölçerek gerçekleştiriyor.

Alternatif olarak, model ile kaçan iyonlaştırıcı ışınım kesirlerinin doğrudan ölçümü üzerinden, Büyük Patlama'dan iki milyar yıl sonraki iyonlaştırıcı foton üretim oranı belirlenebilecek. Modelin bu pratik uygulamaları, kozmik karanlık çağlardaki kaçan ışınımın tanımlanması ve ölçülmesi için son derece yararlı olabileceğini gösteriyor.

Araştırmada Büyük Patlama'dan 400.000 yıl sonra, evrenin kozmik karanlık çağlara girdiği döneme uzanılıyor. Öyle ki, bu dönemde gökada ve yıldızların henüz oluşacak olduğunu (hidrojen, helyum ve karanlık maddeden) biliyoruz.

Bundan birkaç yüz milyon yıl sonra evren, karanlık maddenin kütleçekim etkisinin hidrojen ve helyum içeriğinden yıldızlar ve gökadalar oluşmasına sebep olduğu "Yeniden-iyonlaşma Dönemi"ne girdi. Bu süreçte evrende çok büyük miktarda foton (morötesi ışınım biçiminde) salınırken, nötr evren kısımlarında elektronlar dolaşmaya başladı ve süreç 'kozmik re-iyonizasyon' olarak adlandırıldı.

Re-iyonizasyon (yeniden-iyonlaşma) kavramsal olarak evrendeki hidrojenin iyonlaştığı zamanı nitelemektedir. Gökfizik ve evrenbilim çalışmalarının odak noktası olmaya başlayan bu alanın incelenmesi sayesinde, iyonizasyonun evreni bu fotonlara karşı saydam yaptığını ve kaynaklardan çıkan ışığın evren boyunca serbestçe seyahat edebildiğini biliyoruz.

Büyük Patlama - Karanlık Çağlar - İlk Işık - Günümüz. Uzayda uzaklara bakmanın, zamanda geriye bakmaya eşdeğer olduğunu biliyorsunuz. Eğer çok güçlü bir teleskop (uzakölçer) yapabilsek ve çok uzaklara bakabilsek bile, rekombinasyon limitinin öncesini göremeyiz. Çünkü o zamandan önce fotonlar kaçamıyordu.





Kaynaklar:
<https://phys.org/news/2016-09-universe-transparent.html>
<http://astronomy.stackexchange.com/questions/5968/how-did-the-reionization-epoch-make-the-universe-transparent>
<https://ucrtoday.ucr.edu/39207>
<https://arstechnica.com/science/2016/01/trying-to-identify-what-made-the-universe-transparent/>

Makale Referans: 1. Naveen A. Reddy, Charles C. Steidel, Max Pettini, Milan Bogosavljević. SPECTROSCOPIC MEASUREMENTS OF THE FAR-ULTRAVIOLET DUST ATTENUATION CURVE ATz∼ 3. The Astrophysical Journal, 2016; 828 (2): 107 DOI: 10.3847/0004-637X/828/2/107

2. Naveen A. Reddy, Charles C. Steidel, Max Pettini, Milan Bogosavljević, Alice E. Shapley. THE CONNECTION BETWEEN REDDENING, GAS COVERING FRACTION, AND THE ESCAPE OF IONIZING RADIATION AT HIGH REDSHIFT. The Astrophysical Journal, 2016; 828 (2): 108 DOI: 10.3847/0004-637X/828/2/108




Bu içerik BilimFili.com yazarı tarafından oluşturulmuştur. BilimFili.com`un belirtmiş olduğu "Kullanım İzinleri"ne bağlı kalmak kaydıyla kullanabilirsiniz.
Kaynak ve İleri Okuma
Etiket

Projelerimizde bize destek olmak ister misiniz?

Dilediğiniz miktarda aylık veya tek seferlik bağış yapabilirsiniz.

Destek Ol

Yorum Yap (0)

Bunlar da İlginizi Çekebilir