Kaç galaksi var?

Kanca

1995'in sonunda Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nün yöneticisi Robert Williams, kendi takdirine bırakılan teleskop zamanını riskli bir iş için kullanmaya karar verdi. Hubble'ı, Büyük Kepçe'nin sapının yakınında, gökyüzünün neredeyse hiç yıldız ve galaksi görünmeyen küçücük bir köşesine çevirdi. NASA'ya göre bu köşe, kol boyunda tutulan bir toplu iğne başı kadardı. Hubble, 18 ile 28 Aralık arasında aynı noktaya 342 ayrı poz çekti.

Görüntü açıldığında, boş sanılan o küçük karanlık alan, yaklaşık üç bin galaksiyle doluydu. Hubble'ın "boş" diye seçtiği küçük bir alanda binlerce galaksi çıktı. Peki bütün evrende kaç galaksi var?

Merkezi soru

Hubble Derin Alanı gibi gözlemler evrendeki galaksi sayısı hakkında ne gösterdi, gökbilimciler toplam galaksi sayısını nasıl tahmin eder ve bu tahmin neden hâlâ tartışılıyor?

Anlatım

Derin alanlar

Hubble Derin Alanı (Hubble Deep Field) adı verilen bu görüntü, astronominin en etkili fotoğraflarından biri oldu. Görüntüdeki noktaların neredeyse hepsi yıldız değil, galaksiydi: bazıları yakın ve büyük sarmallar, çoğu ise son derece uzak, küçük ve sönük ışık lekeleri. Bu en uzak galaksilerin ışığı bize milyarlarca yılda ulaşmıştı; yani onları evrenin çok genç olduğu dönemdeki hâlleriyle görüyorduk.

Bu başarı, benzer gözlemleri tetikledi. NASA'ya göre 2004'te çekilen Hubble Ultra Derin Alanı'nda yaklaşık 10.000 galaksi vardı. Daha sonra aynı bölgenin daha küçük bir kısmına daha uzun süre bakılarak hazırlanan Aşırı Derin Alan'da bile 5.500 galaksi görülüyordu. Bugün James Webb Uzay Teleskobu, kızılötesi gözüyle bu derin alanlara bakarak çok daha uzak ve çok daha genç galaksiler buluyor.

Bir avuç kum ile bütün kumsal

Derin alanlardan toplam galaksi sayısını tahmin etmenin basit bir yolu vardır. Küçük bir alanda kaç galaksi olduğunu say, sonra bütün gökyüzünü kaplamak için kaç tane böyle alana ihtiyaç olduğunu hesapla ve çarp. Bu, bir kumsaldaki kum tanelerinin sayısını bir avuç kumu sayarak tahmin etmeye benzer.

Bu yöntem, gökyüzünün her yönde aşağı yukarı benzer göründüğü varsayımına dayanır. Galaksiler Ders 13.5'te anlatılan ağ yapısında toplandığı için küçük ölçekte bu doğru değildir; ama yeterince derine bakıldığında, farklı yönlerdeki alanlar birbirine benzemeye başlar.

Ama bir sorun daha vardır: derin alanlar bile her galaksiyi görmez. En sönük ve en uzak galaksiler, en güçlü teleskopların bile sınırının altında kalır. Bu yüzden sayılabilenlerden görünmeyenlere uzanan bir tahmin gerekir.

İki trilyon mu?

2016'da Christopher Conselice ve arkadaşları bu soruyu daha ayrıntılı ele aldı. Farklı dönemlerdeki galaksilerin kütlelerine göre dağılımını inceleyerek, görülemeyecek kadar küçük ve sönük galaksilerin sayısını da hesaba kattılar. Onların tahminine göre gözlenebilir evrende, Güneş'in bir milyon katından büyük kütleli galaksilerin sayısı yaklaşık iki trilyondu. Bu, Hubble Ultra Derin Alanı derinliğinde bütün gökyüzü taranabilseydi görülecek sayının neredeyse on katıydı.

Conselice ve ekibi, galaksilerin sayısının zamanla azaldığını da gösterdi. Genç evrende çok sayıda küçük galaksi vardı; bunlar, Ders 13.3'teki birleşmelerle zamanla daha az sayıda ama daha büyük galaksilere dönüştü.

Karanlık gökyüzünü ölçmek

Bu tahmini sınamanın bir yolu da gökyüzünün ne kadar karanlık olduğunu ölçmektir. Görünmeyen çok sayıda sönük galaksi varsa, onların toplam ışığı, yıldızlar arasındaki gökyüzünü hafifçe aydınlatan bir arka plan parıltısı oluşturmalıdır. Bu parıltıya kozmik optik arka plan (cosmic optical background) denir. Dünya'nın yakınından bu çok zayıf ışığı ölçmek, Güneş Sistemi'ndeki tozun yansıttığı ışık yüzünden neredeyse imkânsızdır.

NASA'nın New Horizons sondası, Plüton'un ötesinde, bu tozdan uzakta bu ölçüm için eşsiz bir konumdaydı. Marc Postman ve arkadaşlarının 2024'te yayımladığı ölçümlere göre, gökyüzünün arka plan parıltısının büyük çoğunluğu, zaten bilinen galaksilerin ışığıyla açıklanabiliyor. Bu, sayıyı çok büyütecek büyük miktarda gizli sönük galaksiye gerek olmadığını düşündürüyor. Galaksilerin toplam sayısı, bu yüzden hâlâ tartışılıyor; tahminler yüz milyarlarla birkaç trilyon arasında değişiyor.

Aslında…

Gökyüzünde hangi yöne bakarsan bak, yeterince uzun ve yeterince güçlü bir teleskopla bakınca galaksilerle karşılaşırsın.

Büyük resim

Hubble Derin Alanı, evrenin ne kadar büyük ve kalabalık olduğunu bir bakışta gösteren bir görüntü oldu. Samanyolu, gözlenebilir evrendeki yüz milyarlarca, belki trilyonlarca galaksiden yalnızca biri. Her birinde de yüz milyarlarca yıldız var.

Bu görüntüler aynı zamanda birer zaman makinesidir. En uzak galaksilerin ışığı, evrenin çok genç olduğu dönemden yola çıktı. Onları incelemek, galaksilerin nasıl doğduğunu ve büyüdüğünü, evrenin tarihini geriye doğru okumamızı sağlıyor. Toplam galaksi sayısı hakkındaki tartışma da, en basit görünen sorunun bile nasıl ince ölçümler gerektirdiğini gösteriyor.

Özet

1. 1995'te Hubble, gökyüzünün kol boyunda tutulan bir toplu iğne başı kadar karanlık bir köşesine on gün boyunca bakarak yaklaşık üç bin galaksi buldu; 2004'teki Ultra Derin Alan'da bu sayı yaklaşık on bine çıktı.
2. Küçük bir alandaki galaksileri sayıp bütün gökyüzüne genişleterek ve görülemeyen sönük galaksileri de hesaba katarak, Conselice ve arkadaşları 2016'da gözlenebilir evrende yaklaşık iki trilyon galaksi olduğunu tahmin etti.
3. New Horizons'ın 2024'te yayımlanan kozmik optik arka plan ölçümleri, gökyüzünün parıltısının büyük kısmının bilinen galaksilerden geldiğini gösterdi; bu yüzden toplam sayı hâlâ tartışmalı, tahminler yüz milyarlarla trilyonlar arasında.

Görev

Quiz

1. Hubble Derin Alanı neden şaşırtıcıydı?
2. Derin alanlardan toplam galaksi sayısı nasıl tahmin edilir?
3. Conselice ve arkadaşlarının 2016 tahmini neden derin alanlarda görülen sayıdan çok daha büyüktü?
4. Kozmik optik arka plan nedir?
5. Toplam galaksi sayısı neden hâlâ tartışılıyor?

Cevaplar

1. Çünkü gökyüzünün boş sanılan, kol boyunda tutulan bir toplu iğne başı kadar küçük bir köşesinde yaklaşık üç bin galaksi ortaya çıktı.
2. Küçük bir alandaki galaksiler sayılır ve bu sayı, bütün gökyüzünü kaplamak için gereken alan sayısıyla çarpılır; görülemeyecek kadar sönük galaksiler için ek bir tahmin yapılır.
3. Çünkü farklı dönemlerdeki galaksilerin kütle dağılımından yola çıkarak, teleskopların göremeyeceği kadar küçük ve sönük galaksileri de hesaba kattılar.
4. Gökyüzünün, tek tek görülemeyen bütün uzak galaksilerin toplam ışığından oluşan çok zayıf arka plan parıltısı.
5. Çünkü görünmeyen sönük galaksilerin sayısı dolaylı yollarla tahmin ediliyor; New Horizons'ın ölçümleri gökyüzü parıltısının büyük kısmının bilinen galaksilerden geldiğini gösterince, çok sayıda gizli galaksi varsayımı sorgulanmaya başladı.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Hubble ve Webb gibi teleskopları uzaya göndermek, onlarca yıllık bir yolculuğun ürünü. İnsanlık, Dünya'nın çekiminden kurtulup uzaya çıkmayı ancak yirminci yüzyılın ortasında başardı. Bunu mümkün kılan araç, roketti. Ama roket, havasız uzayda neyi iterek ilerliyor?