Evrenin kozmik ağı

Kanca

1986'da Harvard'daki üç gökbilimci, Valérie de Lapparent, Margaret Geller ve John Huchra, gökyüzünün ince bir dilimindeki bir binden fazla galaksinin uzaklığını ölçüp bir haritaya işledi. Galaksilerin uzayda aşağı yukarı düzgün dağıldığını bekliyorlardı. Haritada ise bambaşka bir şey çıktı: galaksiler, dev boşlukların çevresindeki ince duvarlar ve iplikler boyunca dizilmişti. Haritanın ortasındaki galaksi yoğunlaşması, kollarını açmış küçük bir insan çöpadamına benziyordu.

Evren, dev bir örümcek ağı gibi örülmüş. Galaksiler bu ağın düğümlerinde ve ipliklerinde toplanıyor, aradaki büyük boşluklarsa neredeyse bomboş. Bu ağ nasıl ortaya çıktı ve biz onun neresindeyiz?

Merkezi soru

Galaksiler evrende nasıl dağılır, gruplar, kümeler, üstkümeler, iplikler ve boşluklar nedir ve evrenin bu dev ağ yapısını nasıl haritaladık?

Anlatım

Küçükten büyüğe: Galaksi aileleri

Galaksiler nadiren yalnız yaşar. Ders 13.4'te tanıdığımız Yerel Grup, otuzdan fazla üyesi olan mütevazı bir ailedir; en büyük üyeleri Samanyolu ve Andromeda'dır, geri kalanı çoğunlukla cüce galaksilerdir. Böyle birkaç düzine galaksilik topluluklara galaksi grubu (galaxy group) denir.

Daha büyük ölçekte galaksi kümeleri (galaxy cluster) vardır. Bunlar yüzlerce, hatta binlerce galaksiyi kütleçekimiyle bir arada tutan dev yapılardır. Bize en yakın büyük küme, Başak takımyıldızı yönündeki Başak Kümesi'dir. Kümelerin merkezlerinde çoğunlukla Ders 13.2'de gördüğümüz dev eliptik galaksiler bulunur. Kümelerdeki galaksilerin arasındaki boşluk da boş değildir; milyonlarca derece sıcaklıkta, X ışını yayan seyrek bir gazla doludur.

Gruplar ve kümeler de tek başına durmaz. Daha da büyük, gevşek topluluklar oluştururlar. Bunlara üstküme (supercluster) denir.

Laniakea: Evdeki büyük harita

2014'te Brent Tully ve arkadaşları, yakın evrendeki galaksilerin hareketlerini haritaladı. Galaksiler, evrenin genişlemesiyle birbirinden uzaklaşırken, bu genel akışın üstüne kütleçekiminin yarattığı küçük sapmalar ekler. Tully ve ekibinin anlattığı gibi, her galaksinin uzaklığı doğrudan ölçüldüğünde, gözlenen hızından evrenin ortalama genişlemesi çıkarılarak bu sapma bulunabilir. Bu sapmalar, bir nehirdeki akıntılar gibi, maddenin nerede toplandığını gösteren bir akış haritasına dönüştürülebilir.

Bu akış haritası, galaksimizin sınırlarını çizebildikleri bir üstkümenin içinde olduğunu gösterdi. Tully ve ekibi bu yapıya, Hawaii dilinde "ölçülemez gök" anlamına gelen Laniakea adını verdi. Laniakea'nın çapı yaklaşık 500 milyon ışık yılıdır ve yaklaşık yüz bin galaksiyi barındırır. Samanyolu, Laniakea'nın kenarlarına yakın bir yerde, bir su havzasındaki küçük bir dere gibidir; bütün bu yapının galaksileri ortak bir merkeze doğru akar.

Ağın biçimi

Daha büyük ölçekte bakıldığında, galaksi haritaları evrenin gerçek dokusunu ortaya koyar. Tully ve arkadaşlarının makalelerinin başında yazdığı gibi, galaksiler kümelerde ve iplikler boyunca toplanır ve boşluk denen geniş bölgelerde neredeyse hiç bulunmaz.

Kozmik ağın dört ana bileşeni vardır. Düğümler, ağın ipliklerinin birleştiği yerlerde duran yoğun kümelerdir. İplikler (filaments), düğümleri birbirine bağlayan, yüz milyonlarca ışık yılı uzunluğundaki galaksi köprüleridir. Duvarlar ya da tabakalar, boşlukları birbirinden ayıran geniş galaksi yüzeyleridir. Boşluklar (voids) ise çapı on milyonlarca, hatta yüz milyonlarca ışık yılı olan, içinde çok az galaksi bulunan dev hacimlerdir. Evrenin hacminin büyük kısmını boşluklar kaplar; galaksilerin çoğu ise ipliklerde ve düğümlerde toplanır.

Bu tabloyu, bir sünger ya da sabun köpüğü yığını gibi düşünebilirsin. Köpükleri oluşturan ince zarlar ve onların birleştiği çizgiler galaksilerle doludur; köpüklerin içi ise boştur.

Bu ağ nasıl oluştu?

Kozmik ağ, evrenin çok erken dönemlerinden kalan küçük yoğunluk farklarından doğdu. Genç evren neredeyse düzgündü, ama bazı bölgeler ötekilerden çok az daha yoğundu. Kütleçekimi, yoğun bölgelere daha fazla madde çekti; seyrek bölgeler ise giderek boşaldı. Milyarlarca yıl içinde bu küçük farklar büyüyerek bugün gördüğümüz iplikleri, düğümleri ve boşlukları oluşturdu.

Bu süreçte en büyük rolü, gözle görülmeyen bir madde oynadı. Galaksilerin ve kümelerin hareketleri, evrende görünen maddeden çok daha fazla kütle olduğunu gösteriyor. Bu görünmeyen madde, ağın iskeletini kurdu; sıradan gaz bu iskeletin üzerine akıp toplanarak galaksileri oluşturdu. Bu gizemli maddeye ilerideki derslerde ayrıca döneceğiz.

Ağı haritalamak

Kozmik ağı görmek için galaksilerin yalnızca gökyüzündeki konumlarını değil, uzaklıklarını da ölçmek gerekir. Bunun için gökbilimciler galaksilerin tayflarındaki kırmızıya kaymayı ölçer; evren genişlediği için, daha uzak galaksiler genellikle daha büyük bir kırmızıya kayma gösterir. De Lapparent ve arkadaşlarının 1986'daki "evrenin bir dilimi" haritası, bir binden fazla galaksiyle bu işin ilk büyük örneklerinden biriydi. Bugün Sloan Dijital Gökyüzü Taraması gibi projeler, milyonlarca galaksinin uzaklığını ölçerek ağın üç boyutlu haritasını çıkarıyor.

Aslında…

Ancak çok büyük ölçekte, yüz milyonlarca ışık yılından geniş hacimlerin ortalamasına bakıldığında, evren her yerde aşağı yukarı benzer görünür. Ağın düğümleri ve boşlukları, bu büyük ölçekli benzerliğin içindeki dokudur.

Büyük resim

Kozmik ağ, evrenin en büyük yapısıdır. Bir galaksi, bu ağın tek bir düğümünde parlayan küçük bir ışıktır; Samanyolu ise Laniakea adlı dev bir havzanın kenarındaki sıradan bir galaksidir. Güneş'i galaksinin merkezinden indirdiğimiz gibi, bu tablo galaksimizin de evrenin merkezinde olmadığını hatırlatır.

Ağın yapısı aynı zamanda evrenin tarihini de saklar. Bugün gördüğümüz iplikler ve boşluklar, genç evrendeki küçük dalgalanmaların milyarlarca yıl boyunca büyümüş hâlidir. Onları incelemek, evrenin nasıl başladığını ve neyden yapıldığını anlamamıza yardım ediyor.

Özet

1. Galaksiler gruplar (Yerel Grup gibi), yüzlerce ya da binlerce galaksiden oluşan kümeler ve daha büyük üstkümeler hâlinde toplanır.
2. Tully ve arkadaşlarının 2014'te galaksi hareketlerinden çıkardığı haritaya göre Samanyolu, çapı yaklaşık 500 milyon ışık yılı olan Laniakea üstkümesinin kenarına yakın bir yerdedir.
3. Büyük ölçekte galaksiler, düğümler, iplikler ve duvarlardan oluşan, aralarında dev boşluklar bulunan bir kozmik ağ oluşturur; bu ağ, genç evrendeki küçük yoğunluk farklarının kütleçekimiyle büyümesinden doğdu.

Görev

Quiz

1. Galaksi grubu ile galaksi kümesi arasındaki fark nedir?
2. Laniakea nedir ve nasıl haritalandı?
3. Kozmik ağın dört ana bileşeni nelerdir?
4. Kozmik ağ nasıl oluştu?
5. Galaksilerin uzaydaki üç boyutlu dağılımını nasıl ölçeriz?

Cevaplar

1. Galaksi grubu, Yerel Grup gibi birkaç düzine galaksiden oluşur; galaksi kümesi ise yüzlerce, hatta binlerce galaksiyi kütleçekimiyle bir arada tutan çok daha büyük bir yapıdır.
2. Samanyolu'nun içinde bulunduğu, çapı yaklaşık 500 milyon ışık yılı olan ve yaklaşık yüz bin galaksi barındıran üstkümedir; Tully ve arkadaşları, galaksilerin evrenin genişlemesinden sapan hareketlerini haritalayarak onun sınırlarını çizdi.
3. Yoğun kümelerden oluşan düğümler, düğümleri birbirine bağlayan iplikler, boşlukları ayıran duvarlar ve içinde çok az galaksi bulunan dev boşluklar.
4. Genç evrendeki küçük yoğunluk farklarının kütleçekimiyle milyarlarca yıl boyunca büyümesiyle; yoğun bölgeler daha fazla madde çekti, seyrek bölgeler boşaldı.
5. Galaksilerin tayflarındaki kırmızıya kaymayı ölçerek uzaklıklarını tahmin eder ve bu uzaklıkları gökyüzündeki konumlarıyla birleştiririz.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Kozmik ağın haritasını çıkarmak için galaksilerin uzaklıklarını bilmemiz gerekiyor. Ama milyonlarca, milyarlarca ışık yılı uzaktaki bir galaksiye hiçbir cetvel uzanmaz. Bu kadar büyük uzaklıkları, birbirinin üstüne kurulan hangi yöntemlerle ölçüyoruz?