Evren Kaç Yaşında?

12 ila 14 milyar yıl arasında olduğu tahmin edilen evrenin yaşı ile alakalı NASA makalesi.
Evren Kaç Yaşında?

wmap'in yaptığı son derece hassas ve bilimin geleceğini etkileyecek ölçümler sonucunda evrenin yaşının 12 ila 14 milyar yıl arasında olduğu tahmin ediliyor.

bu konuda nasa'nın, wmap'in sitesinde 2010'da yayınladığı makaleyi ingilizce bilmeyen okurlar için aynen çeviriyorum:

"evren kaç yaşında?

kısa süre önce astronomlar big bang'in 12 ila 14 milyar yıl önce olduğunu değerlendirdiler. bu konuyu derinlemesine incelemek gerekirse; verilere göre güneş sistemi'nin 4.5 milyar yaşında olduğu düşünülüyor ve insanlık bir tür olarak yalnızca birkaç milyon yıldır yer yüzündeler. astronomlar, evrenin yaşını iki şekilde kestirebiliyor: 1) evrendeki en yaşlı yıldızları gözlemleyerek; ve 2) evrenin genişleme oranını ölçümleyerek ve evrenin yaydığı verilerden big bang'e kadar olan zamanı incelemek; tıpkı dedektiflerin bir kurşunun çıktığı noktayı, duvardaki delikleri inceleyerek tespit edebilmesi gibi.


en yaşlı yıldızlardan daha mı yaşlı?

astronomlar, evrendeki pek çok küresel yıldız kümesini inceleyerek evrenin yaşının alt sınırına bir çizgi koyabiliyorlar. küresel yıldız kümeleri, kabaca bir milyon yıldızın yoğun bir şekilde bir araya gelmesiyle oluşan kümelerdir. bir küresel yıldız kümesi'nin merkezine yakın bulunan yıldızımsı oluşumların öz kütleleri muazzamdır. eğer böyle bir kümenin merkezinin yakınında yaşıyor olsaydık etrafımızda güneş'e en yakın yıldız olan proxima centauriden daha da yakında bulunacak binlerce yıldız olurdu.

küresel yıldız kümesi m15'in ayrıntılı görüntüsü:


bir yıldızın yaşam süreci, yıldızın kütlesine bağlıdır. yüksek kütleli yıldızlar, düşük kütleli yıldızlardan çok daha parlaktırlar; bu yüzden hidrojen kaynaklı yakıtlarını çok daha hızlı tüketirler. güneş gibi bir yıldızın merkezinde, onu yaklaşık 9 milyar yıl boyunca şu andaki parlaklığını koruyarak götürebilecek yakıt bulunur. güneş'in iki katı kütleye sahip bir yıldız, sahip olduğu yakıtı yalnızca 800 milyon yılda yakıp tüketecektir. bir 10 güneş kütlesi yıldız, yani güneşin 10 katı kütleye sahip olan bir yıldız, yakıtını yaklaşık olarak güneş'in bin katı daha yüksek hızla yakıp, 20 milyon yılda tüm yakıtını tüketecektir. diğer taraftan güneş'in yarısı kütleye sahip bir yıldız, yakıtını 20 milyar yıl sonra tüketecek kadar yavaş harcayacaktır.

bir küresel yıldız kümesinin içindeki yıldızların tümü aşağı yukarı aynı zamanda oluşurlar, bu yüzden de kozmik saatler olarak işlev görürler. eğer bir küresel yıldız kümesi 20 milyon yıldan yaşlıysa, içindeki hidrojen yakan tüm yıldızların kütleleri 10 güneş kütlesi'nden daha düşük olacaktır. bu durum, hiçbir aktif yıldızın güneş'in parlaktığından 1000 kat daha parlak olamayacağını ifade eder. eğer bir küresel yıldız kümesi 2 milyar yıldan daha yaşlıysa, içinde 2 güneş kütlesi'nden daha büyük hidrojen yakan bir yıldız olamaz.

keşfedilen en eski küresel yıldız kümeleri, içlerinde yalnızca 0,7 güneş kütlesi'ne sahip yıldızlar bulundurmaktadırlar. bu düşük kütleli yıldızlar, güneşimizden daha az parlaklıkta olurlar. bu gözlem, bize en eski küresel yıldız kümelerinin 11 ila 18 milyar yıl yaşında olduğunu kanıtlar. yapılan tahmindeki bu belirsizlik, küresel yıldız kümesine olan kesin uzaklığımızın ölçülmesinde karşılaşılan güçlüklerden kaynaklıdır (bundan dolayı da kümedeki yıldızların parlaklıkları [ve haliyle kütleleri] da tam ölçülemez). başka bir belirsizlik kaynağı ise yıldızımsı oluşumların evrimleri hakkındaki ayrıntılar konusundaki cehaletimizdir. büyük ihtimalle evren en az içinde barındırdığı en eski küresel yıldız kümeleri kadar yaşlıdır.


big bang'in veri kullanılarak tahmini

evrenin yaşını tahmin etmenin alternatif bir yolu da hubble sabitini hesaplamaktır. hubble sabiti, evrenin şu andaki genişleme hızının ölçümüdür. kozmologlar bu ölçümün verilerini big bang'e ulaşmak için kullanırlar. bu bilinen veriler kullanılarak yapılan tahmin, evrenin şu anda sahip olduğu yoğunluğa ve kompozisyonuna bağlı olarak genişleme hızının tarihine bağlıdır.

şayet evren düzse ve çoğunlukla maddeden oluşmuşsa, evrenin yaşı "2/(3 ho)" olarak hesaplanır. bu hesapta ho, hubble sabiti'dir.

şayet evrenin çok düşük bir madde yoğunluğu varsa, verilerden yola çıkılarak yapılan tahmini yaş daha yüksek olacaktır: "1/ho".

şayet evren, kozmolojik sabite benzer formda bir madde içeriyorsa, bahsedilen yaş daha da yüksek olabilir.

pek çok astronom, hubble sabitini farklı tekniklerle ölçmeye uğraşıyorlar. kısa süre önce yapılan ölçümlemelere göre en iyi tahminler 65 km/saniye/megaparsek'ten 80/km/saniye/megaparsek arasında değişiyor. en iyi değer ise 72 km/saniye/megaparsek oluyor. daha bilindik ölçü birimleriyle tanımlamak gerekirse, astronomlar 1/ho'nin 12 milyar ve 14 milyar yıl arasında olduğuna inanıyor.


bir yaş krizi mi?

eğer iki ayrı yaş belirlemesini karşılaştırırsak, potansiyel olarak bir kriz olduğunu görürüz. eğer evren düzse ve normal ya da karanlık madde evrene egemense, bu durumda hubble sabiti'nin çıkartacağı sonuç evrenin 9 milyar yaşında olduğudur. yani evrenin yaşı, rastlanan en yaşlı yıldızlardan daha genç olacaktır.

bu çelişki, aşağıdaki üç maddeden birisinin doğru olduğuna işaret eder:

1) hubble sabiti ölçümlerimiz yanlıştır.
2) big bang teorisi yanlıştır.
3) gözlemlenen genişlemeye bağlı olarak evrenin daha yaşlı olduğuna işaret edecek kozmolojik sabite benzer bir maddeye ihtiyacımız vardır.

bazı astronomlar bu krizin ölçümlemelerimiz geliştiğinde kendiliğinden ortadan kalkacağına inanmaktadır. eğer daha düşük değerlerdeki hubble sabitini ölçümleyen astronomlar doğruysa ve eğer küresel yıldız kümesi yaşlarını hesaplayan daha küçük tahminler de doğruysa; bu durumda bir kozmolojik sabit olmaksızın bile big bang teorisi için bir sorun yok demektir.


wmap evrenin yaşını ölçebilir

wmap tarafından yapılan ölçümlemeler bu krizin çözüme ulaşmasını sağlayabilir. eğer büyük ölçekli yapıların temeli hakkındaki bugünkü fikirler doğruysa, arkaplan kozmik mikrodalga dalgalanmalarının detaylı yapıları evrenin şu andaki yoğunluğuna, evrenin kompozisyonuna ve genişleme hızına bağlı olacaktır. wmap, bu parametreleri kritik yoğunluğun %3'üne denk gelecek kadar daha isabetli bir şekilde hesaplayabilmiştir. kompozisyonun bu tür bir isabetlilikle ölçümlenmesine karşılık olarak artık evrenin yaşını %1 hata payıyla bulabiliyoruz: 13,7 ± 0,13 milyar yıl!

peki wmap verileri bizim evrenin yaşını %1 hata payıyla 13,7 milyar yıl olarak hesaplamamıza nasıl yardım ediyor? bunun anahtarı, evrendeki madde ve enerji yoğunluğunun kompozisyonunu, einstein'ın genel görelilik teorisi'ni kullanarak evrenin geçmişte ne kadar hızla genişlediğini hesaplayarak bilmekten geçiyor. bu bilgiyi kullanarak, einstein'a göre zamanda geriye gidip evrenin "sıfır" büyüklüğe sahip olduğu zamanı belirleyebiliriz. "sıfır" büyüklükle şimdiki zamanın arasındaki zaman, evrenin yaşını belirleyecektir. yaşın belirlenmesindeki kesinliği etkileyecek, aklımızda tutmamız gereken bir uyarı var: wmap ve başka verilerle desteklenen bilgiye göre, evrenin düz olduğunu var sayıyoruz. eğer bu tahmini izin verilen aralık içinde rahatlatırsak, evrenin yaşını belirlememizdeki hata payı %2'nin biraz üzerine çıkıyor. fakat kuramcılar, şişme evresinin (makale yazarının şişmeden kastı big bangden hemen sonra meydana gelen ve tahminen 380.000 yıl süren bir madde genişleme süreci. şekilde inflation olarak geçiyor, çn.) düz bir evren öngörmesine rağmen, uzun süredir aşağı yukarı düz olan bir evrenin oluşmasının oldukça zor olduğunu biliyorlar.

wmap tarafından ölçümlenen genişleme yaşı, en yaşlı küresel yıldız kümelerinden daha da yaşlı; bu yüzden big bang teorisi, wmap tarafından toparlanan türde verilerden bağımsız olarak son derece önemli bir testi geçmiş oldu. eğer wmap tarafından ölçümlenen genişleme yaşı, en yaşlı küresel yıldız kümelerinden daha genç olsaydı ya big bang teorisinin ya da stellar evolution teorisinin temelinde son derece büyük bir hata saptanmış olacaktı. her iki şekilde de astronomlar en değer verdikleri fikirlerini tekrar gözden geçirmek zorunda kalacaklardı. fakat şu andaki yaş tahminlerimiz, diğer ölçümlemelerimizden yaptığımız çıkarımlarla örtüşmekte. "

Carl Sagan'ın Dünya'nın 6 Milyar Km'den Çekilen Fotoğrafı Hakkında Yazdığı Tüyleri Diken Diken Eden Yazı