Eğer yeterince uzaktan, iyi bir teleskopla bakarsanız, birbirinden milyonlarca
ışık yılı uzakta yer alan gökadaların bir araya gelmesiyle oluşan galaksi
kümeleri üstteki fotoğrafta olduğu gibi yoğun, böylesine sıkışık görünebilir.
Üstte gördüğünüz Abell 1689 isimli bu dev galaksi kümesi, keşfedebildiğimiz en
yoğun kümelerden biri olup, bizden yaklaşık 2.4 milyar ışık yılı uzakta yer
alıyor. Ön planda üst orta kısımda gördüğünüz dört adet yıldız ise çok
yakınımızda, kendi galaksimiz Samanyolu içinde yer alan yıldızlar. Küme ile
hiçbir ilgileri yok.
Hubble Uzay Teleskobu ile alınmış görüntüye dikkatle bakarsanız, kümeyi
oluşturan yüzlerce gökadanın yarattığı devasa kütleçekimi nedeniyle oluşan
“kütleçekim merceği” etkisinin sonuçlarını görebilirsiniz.
Einstein’ın devrimsel ve bir o kadar da spekülasyona açık görelilik teorisi,
evrenin düz olmadığını söyler. Bizim uzay boşluğu olarak nitelediğimiz boşluk,
maddenin ve karanlık maddenin yarattığı kütleçekim etkisiyle eğri büğrü bir
yapıya sahiptir. Bu da şu anlama gelir: Evrende yeterince uzun bir çizgi
hiçbir zaman tümüyle düz, doğrusal olamayacak, eğri bir hat izleyecektir.
Nedeni ise, evrende kütleçekimin etkisi altında olmayan hemen hemen hiçbir
yerin bulunmuyor olması. Siz düz bir çizgi çekmeye çalışırken, uzaklardaki bir
galaksi kümesinin veya yıldızın etkisiyle çizginiz eğrilmek zorunda
kalacaktır.
Her cisim, Dünya ve Ay da dahil (hatta siz bile); kütlesi oranında uzay-zamanı
büker.
Siz bunu farketmeyebilirsiniz, ancak uzaktan bakan bir gözlemci sizin düz
sandığınız çizginin eğri olduğunu farkedecektir. Einstein, bu eğri büğrü evren
dokusuna “uzay-zaman“ adını veriyor. Dikkat ettiyseniz “eğri uzay” değil,
“uzay-zaman” demiş. Çünkü, uzay ve zaman birbiriyle sıkı bir ilişki içindedir.
Göreliliğe göre, üç boyutlu evrenimiz aslında zamanın da katılımıyla dört
boyutlu bir yapıya sahiptir. Evet, zaman bir boyuttur. Bunu ayrı bir yazıyla
ele almamız gerektiği için burada keselim.
Buradan şu sonuca ulaşabiliriz: Biz ne kadar uğraşsak da,
yeterince uzun bir
mesafe söz konusu ise, evrende düz bir çizgi halinde seyahat etmemiz mümkün
değil. Olabildiğince düz gitmek için hızınız çok önemlidir. Eğer yeterince
hızlı iseniz, Güneş Sistemi içinde gezegenlerin kütleçekim alanlarını yok
sayacak biçimde düz doğrultuda gidebilirsiniz. Çünkü gezegenlerin
kütleçekimleri uzay-zamanı çok güçlü biçimde eğip bükemez. Hızınızı artırarak
düz doğrultuda hareket etmeniz mümkün olur. Ancak, yıldızlar ve galaksiler söz
konusu olduğunda hızınızı ne kadar artırırsanız artırın, bu devasa yapıların
muazzam kütleçekimlerinden etkilenirsiniz. Dolayısıyla düz değil, eğri bir
doğrultu izlemeye başlarsınız.
Yeterince hızlı olmaktan bahsetmiştik. Evrende en hızlı hareket eden şey
ışıktır. Işığı oluşturan fotonlar saniyede 300.000 km hızla ilerlerler ve bu
sayede düz bir doğrultuda yol alabilirler. Lise fiziği bize bunu söylüyor:
Işık, düz bir doğrultuda yol alır. Peki evrensel ölçekler ve kuvvetler söz
konusu olduğunda neler oluyor?
Güneş gibi çok büyük kütleli cisimler uzay-zamanı öylesine bükerler ki, ışık
bile yanlarından geçerken bu kütleçekimden etkilenir.
Her ne kadar durgun halde bir kütlesi olmasa da, ışığı oluşturan fotonların
hareket halindeyken kinetik enerjileri nedeniyle oluşan ölçülebilir çok küçük
bir kütlesi vardır. Daha net bir ifadeyle; hareketli her “şey” enerji taşır.
Enerji ise madde, o da eşittir kütle demektir. Yani ışık, uzay boşluğunda yol
alırken, kütlesi olmayan kütleli bir cisim gibi davranır. Evet, kütlesi
olmayan kütleli bir cisim. İşte astrofizik böylesi güzel tanımlamalar yapmaya
sizi mecbur bırakan pek şirin bir bilim dalı.
Neyse, bu da her kütle sahibi cisim gibi, ışığın da kütleçekimden
etkilenmesine yol açar. Kütle çekim mercek etkisi, çok büyük kütlelerin
arkaplanlarından gelip yoluna devam etmek isteyen ışığı kırıp gerçek bir
mercek gibi odaklaması sonucu oluşur.
Kütle çekim Mercek etkisi
Galaksi kümeleri ışığı bükerek bir mercek gibi odaklarlar. Bunu
yapabilmelerinin nedeni, toplam kütlelerinin çok büyük olmasıdır. Pratik
faydası, uzak galaksi kümeleri dev birer uzay teleskobu olarak işlev
görmesidir.
Evrendeki en büyük kütlesel yapılar galaksilerdir. Galaksiler genellikle 3 ila
10 arası büyük galaksinin bir araya gelmesiyle oluşan küçük kümelerde yer
alırlar. Bu küçük galaksi kümeleri diğer küçük galaksi kümeleriyle
kütleçekimsel etkileşim halindedirler. Dolayısıyla onlarca, hatta yüzlerce
küçük galaksi kümesi geniş ölçeklerde birbirine bağlı “süper küme” dediğimiz
oluşumları meydana getirirler. Süper kümeler ise, muazzam kütleçekimleriyle
uzay-zamanı başka hiçbir şeyin yapamayacağı kadar güçlü biçimde bükerler.
Uzaktaki bir galaksiden gelen ışık, bir süper kümenin yanından geçerken düz
bir yol izleyemez ve kırınıma uğrar. Bunun bize pratik faydası şudur: Bir
süper küme, arkasından gelen ışığı dev bir mercek gibi davranarak bize doğru
odaklayacaktır. Yani, her süper küme aslında yüz milyonlarca ışık yılı çapında
bir mercektir. Bu, insan aklının veya teknolojinin yapabileceğinden çok daha
muazzam bir teleskop işlevi görür.
İşte bilim insanlarının “13 milyar yaşında galaksi keşfettik”, “en yaşlı
galaksiyi bulduk” gibi zaman zaman yaptığı duyurularda keşfedilen galaksilerin
büyük bir çoğunluğu bu kütleçekim mercek etkisi sayesinde oluyor. Bizden
onlarca milyar ışık yılı uzaktaki galaksilerin çok soluk ışıkları dev süper
kümelerin etkisiyle kırınıma uğrayarak bize odaklanıyor ve dikkatlice
baktığımızda bu çok uzak galaksileri “biraz deforme olsalar da” görebiliyoruz.
En üstteki fotoğrafta gördüğünüz ince eğri ipliksi, ışıklı izler, Abell 1689
kümesinden çok daha uzakta, belki de onlarca milyar ışık yılı uzakta yer alan
galaksilerin mercek etkisi nedeniyle bize ulaşabilen, deforme olmuş
görüntüleridir. Astronomların keşfettiklerini söyledikleri çok uzak
gökadaların büyük kısmını bu mercek etkisi olmasaydı, görebilmemiz çok daha
zor, hatta imkansız olacaktı.
Zafer Emecan
Özel görelilik yazı dizimizin önceki bölümlerini okumak için:
1) Referans Sistemleri
2) Lorentz Dönüşümleri
3) Michelson – Morley Deneyi
4) Zaman Genişlemesi ve İkizler Paradoksu
5) Boy Kısalması
6) Kütlenin ve Momentumun Göreliliği