Teleskoplarımızdan evrene doğru baktığımızda, milyarlarca yıl öncesinden bize ulaşan yıldızları ve gökadaları görürüz. Bu da gökyüzündeki cisimlerin arasını dolduran maddenin saydam olmasıyla mümkün olur. Ama durum her zaman böyle değildi.

Büyük Patlama’dan yaklaşık 380.000 yıl sonra, evreni oluşturan sıcak parçacıklar, elektronların protonlar ile eşleşip nötr hidrojen atomlarını oluşturmasına yetecek kadar soğumuştu. Bu da karanlık çağın başlamasına yol açtı. Bu çağ boyunca, evreni dolduran madde etraftaki yüksek enerjili fotonları soğurarak, evrenin, ışığın bu dalga boylarına karşı opak olmasına yol açtı.

Ardından birkaç milyon yıl sonra, yeni enerjik foton kaynakları ortaya çıktı. Bu sayede elektronlar hidrojen atomlarından sıyrılarak, atomların iyon haline dönmelerine neden oldu ve sonunda da ışığın evreni dolduran madde içerisinden kolaylıkla yolculuk edebilmelerine olanak sağladı. Bu yeniden iyonlaşma dönemi tamamlandığında, evren tekrar saydam hale geldi. (Bkz. Evren Neden Saydamdır?)

Fizikçiler çeşitli yöntemler kullanarak, bu "yeniden iyonlaşma" sürecinin kaynaklarını araştırıyorlar. Bu kaynakları bulmak ilk gökadalara, erken dönem evrenin yapısına ve belki de karanlık maddenin özelliklerine bir bakış kazandırabilir.

Enerji Kaynakları

Mevcut araştırma, iyonize fotonların büyük çoğunluğunun ilk oluşan yıldızlar ve gökadalardan geldiğini öne sürüyor. Yeniden iyonlaşma sürecini basitçe, yıldızların iyonize ışınım üretme hızı ile evreni dolduran maddenin rekombinasyon hızı arasındaki çekişmeden ibaret olduğunu düşünebilirsiniz.

Bununla beraber araştırmacılar henüz bu ilk gökadaları bulabilmiş değiller; bu da diğer olası kaynaklara yer bırakıyor. Bu ilk yıldızlar tek başına yeterli gelmemiş olabilir.

Etkin gökada çekirdekleri veya kısaca EGÇ’ler (İng. active galactic nuclei), iyonize ışınların kaynağı olmuş olabilir. EGÇ’ler kuasarlar (yıldızsılar) gibi parlak yapılar olup, enerjilerini kara deliklerden sağlarlar; morötesi ışınlar ve X ışınları yayınlarlar.

Bir diğer ilginç olasılık ise karanlık madde yok oluşudur. Bazı karanlık madde modellerinde, parçacıklar birbirleriyle çarpışarak yok olur, madde ve ışınım üretilir. “Eğer bu yoldan veya başka bir şekilde karanlık madde yok oluşuna dair bir kanıt bulabilirsek, bu fazlasıyla ilginç olur. Çünkü bu size karanlık maddenin kütlesine ve Standart Model’e ait parçacıklarla ne kadar güçlü etkileşime girdiğine dair anında bir tahmin verir” diye anlatıyor MIT’den parçacık fizikçisi Tracy Slatyer.

Karanlık madde yok oluşu ve EGÇ’ler, evrene fazladan ısı sağlayarak, yeniden iyonlaşma sürecine destek olmuş olabilirler.

Kozmik Şafağı Araştırmak

Gökbilimciler, kozmik yeniden iyonlaşma süreci hakkındaki teorilerini sınamak için teleskop gözlemleri ile “21 santimetre kozmolojisi” adı verilen bir yöntem de dahil çeşitli yöntemleri kullanarak ve kozmik mikrodalga arka alan ışınımını inceleyerek, evrenin tarihindeki bu dönemi araştırıyorlar. Gökbilimciler, yeniden iyonlaşmanın en olası kaynağı olan ilk yıldızlara dair henüz kanıt bulamamış olsalar da araştırmaya devam ediyorlar.

Fizikçiler ilk gökadaların parlaklıklarını değerlendirerek, bunların ne kadar iyonize foton yayınlamış olduklarını tahmin edebilirler. Şimdiye kadar evreni yeniden iyonlaştıran gerçek gökadalara dair gözlem elde edemedik. Hubble bile böylesi bir gözlem veremiyor. Fakat James Webb teleskopunun verebileceğini düşünen araştırmacılar, işe yarar ipuçlarının bir kısmını 21-santimetre kozmolojisi kullanarak elde edebilecek. Bu şekilde anılmasının nedeni, 21 santimetre dalga boyuna sahip radyo dalgalarını inceliyor olması. Nötr hidrojen bu dalga boyunda radyo dalgaları yayınlarken, iyon halindeki hidrojen yayınlamaz. Yakında gerçekleştirilecek olan “Hidrojen Yeniden İyonlaşma Dönemi Dizisi” gibi deneylerde, bu dalga boyuna ayarlanmış radyo teleskoplar kullanılarak nötr hidrojen tespit edilecek. Bu da yeniden iyonlaşmanın kaynaklarına dair kanıtlar sunabilecek.

21 santimetre kozmolojisinin temel düşüncesi, gökadaların kendilerine bakmak yerine, gökadalar arasındaki hidrojen üzerinde ölçümler yapmaktır. Bu da prensipte, gökadalar arası ortamı nasıl etkilediğini gözlemleyerek, yeniden iyonlaşmayı doğrudan görebilmemizi sağlayabilir. Evrenin nerede iyonlaşıp, nerede iyonlaşmadığını belirleyerek astronomlar nötr hidrojenin, evrenin ilk zamanlarında nasıl dağılmış olduğuna dair bir harita oluşturabilirler. California Üniversitesi’nden astrofizikçi Steven Furlanetto; “Eğer buna gökadalar neden oluyorsa, gökadaların çevresinde iyonlaşmış baloncuklar bulmanız gerekiyor. Eğer sebep karanlık maddeyse; karanlık madde her yerde olduğu için, iyonlaşmış gaz baloncukları yerine, her yerde iyonlaşma görmeniz gerekiyor” diye anlatıyor.

Fizikçiler kozmik mikrodalga arka alan ışımasını (KMAI) da inceleyerek iyonlaşmanın kaynağı hakkında bilgi sahibi olabilirler. Bir atom iyonlaştığında, yayımlanan elektron saçılmaya uğrayarak KMAI’nı bozabilir. Fizikçiler bu bilgiyi, yeniden iyonlaşmanın ne zaman gerçekleştiğini belirlemek için kullanabilir ve sürecin tamamlanması için ne kadar foton gerektiğine dair koşulları ekleyebilirler.

Örneğin; fizikçiler Planck uydusundan yayımlanan verilerin, gökadalar dışındaki kaynakların ne kadar iyonlaşmaya neden olduğuna dair tahminleri aşağı çekebildiğini açıklamışlardı. “Bunu yıldız üreten gökadalarla açıklayabiliyor olmanız, verilere başka şeylerin de gizlenmediği anlamına gelmiyor. Umuyoruz ki; 21 santimetre gözlemleri gibi deneyler yardımıyla yeniden iyonlaşma sürecine dair daha iyi ölçümler yapabileceğiz” diye açıklıyor Slatyer.

Yeniden iyonlaşmanın kaynaklarına ilişkin alternatif açıklamaları göz ardı etmek için henüz çok erken. Çünkü gökbilimciler, evrenin tarihindeki bu dönemin sırlarını açığa çıkarmanın henüz başındalar.

---

Kaynak: What ended the dark ages of the universe?
http://www.symmetrymagazine.org/article/what-ended-the-dark-ages-of-the-universe

---