Evrenin en parlak nesneleri

Kanca

1963'te Palomar Gözlemevi'nde Maarten Schmidt, radyo teleskopların yakaladığı, fotoğraflarda sıradan bir yıldız gibi görünen bir nesnenin tayfına bakıyordu. Adı 3C 273'tü. Tayftaki çizgiler hiçbir bilinen elemente uymuyordu. Sonra Schmidt fark etti: bunlar hidrojenin tanıdık çizgileriydi, ama tayfın kırmızı ucuna doğru inanılmaz ölçüde kaymışlardı.

Bu kayma, 3C 273'ün ışık hızının yaklaşık yüzde on beşiyle bizden uzaklaştığını ve dolayısıyla milyarlarca ışık yılı uzakta olduğunu gösteriyordu. O kadar uzaktan bir yıldız gibi görünebilmesi için, akıl almaz derecede parlak olması gerekiyordu. Bir kuasar, koca bir galaksiden onlarca, hatta yüz kat parlak olabilir.

Merkezi soru

Kuasarlar ve öbür etkin galaksiler nedir, bu kadar küçük bir bölgeden nasıl bu kadar çok enerji çıkabilir ve bu nesneler evrenin geçmişi hakkında bize ne anlatır?

Anlatım

Yıldız gibi görünen radyo kaynakları

1950'lerde gökbilimciler, İkinci Dünya Savaşı'ndan kalan radar donanımını radyo teleskoplara dönüştürüp gökyüzünü taradı. OpenStax'ın aktardığına göre bu taramalar, fotoğraflarda tıpkı yıldızlar gibi nokta biçiminde görünen güçlü radyo kaynakları ortaya çıkardı. Bunlara "yarı yıldızsı radyo kaynakları" (quasi-stellar radio sources) dendi; ad zamanla kısalıp kuasar (quasar) oldu.

Schmidt'in 3C 273 üzerine Nature dergisinde yayımladığı kısa not, bu kaynakların yıldız değil, çok uzak ve çok parlak nesneler olduğunu gösterdi. OpenStax'a göre 3C 273, saniyede 45.000 kilometre hızla bizden uzaklaşıyordu. Ders 13.6'daki mesafe merdiveninin en üst basamağına göre bu, onu milyarlarca ışık yılı uzağa yerleştirir.

İnanılmaz bir parlaklık

Bu uzaklık, kuasarların gerçek parlaklığı hakkında şaşırtıcı bir sonuç doğurdu. OpenStax'a göre bazı kuasarların toplam ışık gücü yüz trilyon Güneş'e ulaşır; bu, parlak eliptik galaksilerin on ile yüz katı demektir. Yani tek bir kuasar, bütün bir galaksinin yüz milyarlarca yıldızının toplam ışığını gölgede bırakabilir.

Daha da şaşırtıcı olan, bu ışığın ne kadar küçük bir bölgeden geldiğidir. Kuasarların parlaklığı birkaç ay içinde belirgin biçimde değişebilir. OpenStax'ın açıkladığı gibi, bir nesnenin değişen kısmı, ışığın bu değişim süresinde alabileceği yoldan daha küçük olmalıdır. Bunu şöyle düşünebilirsin: bir stadyumun bütün lambaları aynı anda sönse bile, uzaktan bakan biri önce en yakın lambaların, sonra uzaktakilerin söndüğünü görür; ışık farklı noktalardan farklı sürelerde gelir. Bir nesnenin bütünü birkaç ayda aynı anda değişiyorsa, en fazla birkaç ışık ayı büyüklüğünde olmalıdır. Yüz bin ışık yılı genişliğindeki bir galaksiyle karşılaştırınca, kuasarın ışık saçan kısmı, gezegenlerimizin dolandığı bölgenin birkaç yüz katından büyük değildir; galaksi ölçeğinde bir toplu iğne başı.

Enerji nereden geliyor?

Bu kadar küçük bir bölgeden bu kadar çok enerji çıkarabilen tek bilinen mekanizma, kütleçekimidir. Bugünkü anlayışa göre kuasarların merkezinde, Güneş'ten milyonlarca, hatta milyarlarca kat ağır bir kara delik bulunur. Kara deliğin çevresine düşen gaz, bir lavabodaki su gibi dönerek sıkışır ve bir yığılma diski (accretion disk) oluşturur. Diskteki gaz sürtünmeyle milyonlarca dereceye ısınır ve kara deliğe düşmeden önce muazzam miktarda ışık saçar.

Burada bir paradoks var: evrenin en karanlık nesneleri olan kara delikler, evrenin en parlak nesnelerinin motorudur. Işık kara deliğin içinden değil, onun çevresinde dönen ve yutulmayı bekleyen gazdan gelir. Kara deliklerin kendisini ise ilerideki derslerde ayrıca ele alacağız.

Bazı kuasarlar ve etkin galaksiler, merkezlerinden neredeyse ışık hızında fışkıran, yüz binlerce ışık yılı uzunluğunda madde jetleri de üretir. Bu jetler, radyo teleskoplarda galaksinin iki yanına uzanan dev radyo kulakları olarak görülür.

Etkin galaksiler ailesi

Kuasarlar, etkin galaksi çekirdeği (active galactic nucleus) denen geniş bir ailenin en parlak üyeleridir. Bu ailenin öbür üyeleri de merkezlerindeki kara deliğin beslenmesiyle parlar, ama daha az şiddetle. Aralarındaki farkın bir kısmı, onları hangi açıdan gördüğümüze bağlıdır: jetin doğrudan bize baktığı bir etkin galaksi, yandan görülen bir benzerinden çok daha parlak ve değişken görünür.

Geçmişe açılan pencere

OpenStax'a göre bugüne kadar bir milyondan fazla kuasar bulundu ve bunların neredeyse hepsi çok uzaktadır. Uzağa bakmak geçmişe bakmak demek olduğundan, bu, kuasarların evrenin genç döneminde çok daha yaygın olduğunu gösterir. O dönemde galaksilerin merkezlerindeki kara delikleri besleyecek bol gaz vardı. Zamanla gaz tükendi ya da yıldızlara dönüştü ve kuasarların çoğu söndü. Bugün yakınımızdaki pek çok galaksinin merkezinde, bir zamanlar kuasar olarak parlamış, artık sessiz uyuyan kara delikler olduğu düşünülüyor.

Aslında…

Bir kara delik, tıpkı bir şelalenin dibindeki çukur gibidir: çukurun kendisi karanlık olsa da, suyun çukura düşerken çıkardığı gürültü ve köpük kilometrelerce öteden fark edilir.

Büyük resim

Kuasarların keşfi, evrenin sakin ve durağan bir yer olmadığını gösterdi. Galaksilerin merkezlerinde, zaman zaman bütün galaksiyi gölgede bırakan şiddetli süreçler yaşanıyor. Bu süreçler, galaksilerin evrimini de etkiliyor: bir kuasarın saçtığı enerji, galaksideki gazı ısıtıp dağıtarak yeni yıldızların doğmasını durdurabilir.

Kuasarlar aynı zamanda evrenin en uzak deniz fenerleridir. Işıkları, yolları üzerindeki gaz bulutlarından geçerken iz bırakır. Gökbilimciler bu izleri okuyarak, kuasarla aramızdaki milyarlarca ışık yıllık yolda neler olduğunu inceler.

Özet

1. Kuasarlar, 1950'lerde yıldız gibi görünen radyo kaynakları olarak bulundu; Maarten Schmidt 1963'te 3C 273'ün tayfındaki büyük kırmızıya kaymayı çözerek onların çok uzak ve çok parlak nesneler olduğunu gösterdi.
2. Bazı kuasarlar yüz trilyon Güneş'e varan, parlak galaksilerin on ile yüz katı bir ışık saçar; birkaç ayda değişen parlaklıkları, bu ışığın en fazla birkaç ışık ayı büyüklüğünde bir bölgeden geldiğini gösterir.
3. Kuasarların enerjisi, galaksi merkezlerindeki dev kara deliklerin çevresinde dönen ve ısınan gazdan gelir; kuasarlar evrenin genç döneminde çok daha yaygındı ve etkin galaksi çekirdekleri ailesinin en parlak üyeleridir.

Görev

Quiz

1. "Kuasar" adı nereden gelir?
2. Maarten Schmidt 1963'te 3C 273 hakkında neyi keşfetti?
3. Kuasarların parlaklığındaki hızlı değişimler neden onların küçük olduğunu gösterir?
4. Kuasarların enerjisi nereden gelir?
5. Kuasarlar neden çoğunlukla çok uzakta bulunur?

Cevaplar

1. "Yarı yıldızsı radyo kaynağı" anlamına gelen İngilizce ifadenin kısaltmasından; fotoğraflarda yıldız gibi nokta biçiminde göründükleri için.
2. Tayfındaki tanıdık hidrojen çizgilerinin büyük ölçüde kırmızıya kaydığını, yani 3C 273'ün saniyede yaklaşık 45.000 kilometre hızla uzaklaşan, çok uzak ve çok parlak bir nesne olduğunu.
3. Çünkü bir nesnenin bütünü, ışığın o nesneyi geçmesi için gereken süreden daha kısa sürede birlikte değişemez; parlaklık birkaç ayda değişiyorsa, ışık saçan bölge en fazla birkaç ışık ayı büyüklüğündedir.
4. Galaksi merkezlerindeki dev kara deliklerin çevresinde dönen, sıkışıp milyonlarca dereceye ısınan ve kara deliğe düşmeden önce ışık saçan gazdan.
5. Çünkü kuasarlar, kara delikleri besleyecek gazın bol olduğu genç evrende çok daha yaygındı; uzağa bakmak geçmişe bakmak olduğundan, onları çoğunlukla çok uzaklarda görürüz.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Kuasarlar, evrenin derinliklerine açılan pencerelerden biri. Ama galaksilerin çoğu, kuasarlar kadar parlak değil; onları görmek için gökyüzünün bir noktasına uzun süre bakmak gerekiyor. Gökbilimciler bir gün Hubble'ı gökyüzünün boş görünen küçük bir köşesine çevirdiler. Orada ne buldular ve evrende toplam kaç galaksi var?