2013 yılında Avrupa Uzay Ajansı'nın (ESA) Planck uydusu tarafından alınan kozmik mikrodalga fon radyasyonunun bir görüntüsü, gökyüzündeki küçük varyasyonları gösteriyor
(Resim: © ESA / Planck İşbirliği)
Kozmik mikrodalga fonunun (CMB), Big Bang'den veya evrenin başladığı zamandan kalan radyasyon olduğu düşünülmektedir. Teori ilerledikçe, evren doğduğunda hızlı bir enflasyon ve genişleme geçirdi. (Evren bugün hala genişlemektedir ve genişleme oranı, nereye baktığınıza bağlı olarak farklı görünmektedir). SPK, Big Bang'den kalan ısıyı temsil eder.
SPK'yı çıplak gözünüzle göremezsiniz, ancak evrenin her yerinde vardır. İnsanlar için görünmezdir, çünkü çok soğuktur, mutlak sıfırın sadece 2.725 derece üzerindedir (eksi 459.67 derece Fahrenheit veya eksi 273.15 derece Santigrat.) Bu radyasyonun elektromanyetik spektrumun mikrodalga kısmında en çok görüldüğü anlamına gelir.
Kökenleri ve keşif
Evren 13.8 milyar yıl önce başladı ve SPK, Big Bang'den yaklaşık 400.000 yıl öncesine dayanıyor. Çünkü evrenin ilk aşamalarında, bugünkü boyutunun sadece yüz milyonda biri olduğu zaman, sıcaklığı aşırıydı: 273 milyon derece yukarıda NASA'ya göre mutlak sıfır.
O zaman mevcut olan atomlar hızla küçük parçacıklara (protonlar ve elektronlar) ayrıldı. Fotonlardaki CMB'den gelen radyasyon (kuantum ışığı veya diğer radyasyonu temsil eden parçacıklar) elektronlardan saçıldı. NASA, "Böylece, fotonlar, optik ışığın yoğun bir sisin içinde dolaştığı gibi, erken evrende dolaştılar."
Büyük Patlama'dan yaklaşık 380.000 yıl sonra, evren hidrojenin oluşabileceği kadar soğuktu. SPK fotonları hidrojen çarpmasından zar zor etkilendiğinden, fotonlar düz çizgilerle hareket eder. Kozmologlar, SPK fotonları son isabet edilen madde olduğunda "son saçılma yüzeyini" ifade eder; ondan sonra evren çok büyüktü. Bu yüzden, SPK'yı eşleştirdiğimizde, evrenin radyasyona opak hale gelmesinden hemen sonra, Big Bang'den sonra 380.000 yıl öncesine bakıyoruz.
NASA'ya göre Amerikalı kozmolog Ralph Apher, SPK'yı ilk olarak 1948'de Robert Herman ve George Gamow ile çalışırken tahmin etti. Ekip, Big Bang nükleosentezi veya en hafif hidrojen izotopunun (tip) yanı sıra evrendeki elementlerin üretimi ile ilgili araştırmalar yapıyordu. Bu tür hidrojen, evrenin tarihinde çok erken yaratıldı.
Ancak SPK ilk önce kazara bulundu. 1965 yılında Bell Telephone Laboratories (Arno Penzias ve Robert Wilson) ile iki araştırmacı bir radyo alıcısı yarattı ve aldığı gürültüden şaşkına döndü. Yakında gürültünün gökyüzünün her tarafından eşit olarak geldiğini fark ettiler. Aynı zamanda, Princeton Üniversitesi'nde (Robert Dicke liderliğindeki) bir ekip SPK'yı bulmaya çalışıyordu. Dicke'nin ekibi Bell denemesinin rüzgarını aldı ve SPK'nın bulunduğunu fark etti.
Her iki takım da 1965'te Astrophysical Journal'da hızlı bir şekilde gazeteler yayınladı, Penzias ve Wilson gördükleri hakkında konuştu ve Dicke'nin ekibi evrenin bağlamında ne anlama geldiğini açıkladı. (Daha sonra Penzias ve Wilson, 1978 Nobel Fizik Ödülü'nü aldılar).
Daha detaylı çalışma
SPK bilim adamları için faydalıdır çünkü erken evrenin nasıl oluştuğunu öğrenmemize yardımcı olur. Hassas teleskoplarla görülebilen sadece küçük dalgalanmalar ile düzgün bir sıcaklıktadır. NASA, "Bu dalgalanmaları inceleyerek kozmologlar gökadaların ve büyük gökada yapılarının kökenini öğrenebilirler ve Big Bang teorisinin temel parametrelerini ölçebilirler."
SPK'nın bölümleri keşfinden sonraki on yıllar boyunca haritalanırken, ilk uzay tabanlı tam gökyüzü haritası NASA'nın 1989'da başlatılan ve 1993'te bilim operasyonlarını sona erdiren Kozmik Arka Plan Gezgini'nden (COBE) geldi. NASA'nın dediği gibi Big Bang teorisi tahminlerini doğruladı ve daha önce görülmeyen kozmik yapı ipuçları gösterdi. 2006'da NASB Goddard Uzay Uçuş Merkezi'nde COBE bilim adamları John Mather'e ve Berkeley'deki California Üniversitesi'nde George Smoot'a fizik dalında Nobel Ödülü verildi.
Daha ayrıntılı bir harita, Haziran 2001'de başlatılan ve 2010'da bilim verilerini toplamayı bırakan Wilkinson Mikrodalga Anizotropi Sondası'nın (WMAP) 2003'te izniyle geldi. İlk resim, evrenin yaşını 13.7 milyar yıl olarak saptadı (13.8 milyara rafine edildi ve bir sürpriz ortaya koydu: En yaşlı yıldızlar, Big Bang'den yaklaşık 200 milyon yıl sonra tahmin edilenden daha önce parlamaya başladı.
Bilim adamları bu sonuçları, evrenin çok erken enflasyon aşamalarını inceleyerek (oluşumdan sonra trilyonuncu saniyede) ve atom yoğunluğu, evrenin yumuşaması ve oluştuktan kısa bir süre sonra evrenin diğer özellikleri hakkında daha kesin parametreler vererek izledi. Ayrıca, gökyüzünün her iki yarıküresinde ortalama sıcaklıklarda garip bir asimetri ve beklenenden daha büyük bir "soğuk nokta" gördüler. WMAP ekibi çalışmaları için 2018 Temel Fizikte Atılım Ödülü'nü aldı.
2013 yılında, Avrupa Uzay Ajansı'nın Planck uzay teleskobundan gelen veriler yayınlandı ve henüz SPK'nın en yüksek hassasiyetli resmini gösterdi. Bilim adamları bu bilgiyle başka bir gizemi ortaya çıkardı: SPK'da büyük açısal ölçeklerdeki dalgalanmalar tahminlerle eşleşmedi. Planck ayrıca WMAP'nin gördüğü şeyi asimetri ve soğuk nokta açısından da doğruladı. Planck'ın 2018'deki son veri sürümü (2009 ve 2013 arasında yürütülen görev), karanlık maddenin ve karanlık enerjinin - muhtemelen evrenin hızlanmasının arkasındaki gizemli güçlerin - var gibi göründüğüne dair daha fazla kanıt gösterdi.
Diğer araştırma çabaları SPK'nın farklı yönlerine bakmaya çalışmıştır. Bunlardan biri, E-modları (2002'de Antarktika Tabanlı Derece Açısal Ölçekli İnterferometre tarafından keşfedilen) ve B-modları adı verilen polarizasyon türlerini belirlemektir. B-modları, E-modlarının yerçekimi merceğinden (bu mercek ilk olarak 2013'te Güney Kutbu Teleskopu tarafından görülmüştür) ve yerçekimi dalgalarından (ilk olarak 2016'da Gelişmiş Lazer İnterferometre Yerçekimi Dalga Gözlemevi veya LIGO kullanılarak gözlemlenmiştir) üretilebilir. 2014 yılında, Antarktika dayalı BICEP2 cihazının yerçekimi dalgası B modları bulduğu söylenmiştir, ancak daha fazla gözlem (Planck'ın çalışması dahil) bu sonuçların kozmik tozdan kaynaklandığını göstermiştir.
2018'in ortalarından itibaren, bilim adamları hala Büyük Patlama'dan kısa bir süre sonra kısa bir evren genişlemesi dönemi gösteren sinyali arıyorlar. O zaman, evren ışık hızından daha hızlı büyüyordu. Eğer bu olursa, araştırmacılar bunun SPK'da bir kutuplaşma yoluyla görünür olması gerektiğinden şüpheleniyor. O yıl yapılan bir araştırma, nano elmaslardan gelen bir ışıltının, kozmik gözlemlere müdahale eden soluk, ancak ayırt edilebilir bir ışık yarattığını gösterdi. Şimdi bu parıltı açıklandığı için, gelecekteki araştırmalar SPK'daki zayıf kutuplaşmayı daha iyi aramak için kaldırabileceğini söyledi.
Ek kaynak
- NASA: Büyük Patlama Testleri: SPK
