kozmik mikrodalga arkaplan ışıması

• ingilizce'de cosmic microwave background (cmb) olarak adlandırılır. 1964'te; new jersey'de bell laboratuvarları'nda iki bilim-insanı (arno penzias ve robert wilson) kazara bir mikrodalga cızırtısı tespit etmişler ve cızırtıya antenlerdeki güvercin dışkılarının neden olduğunu düşünmüşler başta. daha sonra bu cızırtının büyük patlama'nın yankısı olduğu anlaşılmıştır. iki bilim-insanı 1978'de bu büyük keşiflerinden dolayı nobel fizik ödülü'nü de almışlardır. büyük bir keşif, zira, büyük patlamanın olduğuna dair en önemli kanıtlardan biridir bu. keşiften önce cmb'nin olması gerektiğini hatta gözlemlenebileceğini ileri süren birçok teorik ve deneysel çalışma vardır ve keşif bu çalışmaları doğru çıkarmıştır aynı zamanda.
  
  yeterince hassas bir radyo teleskobuyla arkaplan (yıldızlar ve galaksiler arası boşluk) incelendiğinde her yönde neredeyse aynı soluklukta bir parıltı görülür ve bu parıltı hiçbir yıldız, galaksi ya da bir başka nesne ile ilişkili değildir. parıltı, radyo spektrumunun mikrodalga bölgesinde en güçlü halde gözlenir ve bu gözlenen, evrendeki en yaşlı ışıktır.
  
  televizyonunuzu açarken gördüğünüz siyah beyaz parazitli görüntünün yaklaşık yüzde onuna evrenin doğuşundan geriye kalan fotonlar neden olmaktadır. büyük patlama'nın gerçekliğinin bundan daha büyük bir kanıtı olabilir mi? tv'de seyrediyorsunuz.
• kozmik mikrodalga arkaplan ışıması haritasındaki bazı olmadık derecede soğuk kalan bölgelerden dolayı ortaya atılan teorilerden biri, başka bir evrenle kesişme olduğu yönünde.
  
  elimizde görülebilen evreni içerisine alan bir harita var ve bazı bölgeler raslantı olmaktan çok öte soğuk güzüküyor.
  harita şu
  
  özellikle sağ köşede kalan mavi leke küçük gibi görünse de bu haritanın basıklığından kaynaklanan bir durum ve ordaki mavi, soğuk nokta çok büyük bir boşluk/soğukluk içeriyor.
  
  bazı quantum teorisyeni fizikçilere göre bu soğuk nokta bir başka evrenle kendi evrenimizin çakışma yaşadığı bölge olabilir.
• 1948'de alpher ve johns hopkins'teki iş arkadaşı robert herman gerçekten kayda değer bir tahminde bulundu. kozmik ardalan ışıması fotonlarının; evrenin başlangıcından kalan son parıltı imzasının evrende hala var olması ve karakteristik bir sıcaklığa sahip olması gerektiğini söylediler.
  
  evrenin genişlemesiyle birkaç milyar yıl sonra 3000 k'lik bir kara cisimden serbest kalan bu fotonların mutlak sıfırın 5 derece civarı üstünde (5 k) bir karakteristik sıcaklığa sahip olması gerektiğini hesapladılar.
  
  sonraki sekiz yıl boyunca alpher, herman ve gamow alpher'le herman'ın ilk hesaplarını yeni gözlem verileri kullanarak geliştirip bu sıcaklığın 28 k (alpher ve herman, 1949), daha sonra 3 k (gamow, 1950), 7 k (gamow, 1953) ve 6 k (gamow, 1956 ) olduğunu ileri sürecekti:
  http://www.imgim.com/…e...t_2017-08-31_05-00-38.png
  (soldan sağa, george gamow, ralph alpher, robert herman )
  
  alpher 1955'te astrofizik alanını terk etti. (general electric için çalışmaya başladı )
  
  herman'da 1956'da onu izledi ve (general motors'ta işe girdi ) ikilinin öngörülü çalışmaları sayesinde neredeyse yirmi yıl boyunca büyük ölçüde göz ardı edildi.
  
  kozmik ardalan ışınımı hakkındaki çalışmasıyla 2006 nobel fizik ödülünü paylaşan john mather 1995 tarihli kitabı the very first light (ilk ışık ) ikilinin çalışmalarının neden daha fazla ilgi görmediğiyle ilgili bir dizi sebep öne sürdü.
  
  bu sebeplerin en önde geleni, gamow'un desteklediği başlangıçtaki bir patlamanın genişlediği ve soğuduğu fikrinin 1950'lerin başlarında henüz ciddi anaakım astrofizik olmamasıydı. bu fikir hidrojen ve helyum dışındaki elementlerin genişleme yasasına göre evrenin yaşı (iki milyar yıl ) o zamanda dünya'da keşfedilen en eski kayaların yaşından önemli ölçüde azdı.
  
  1964'te princeton üniversitesinden robert ficke ve jim peebles alpher, herman ve gamow'un çalışmalarından habersiz olarak öncüllerinin erken evrenin fiziksel özellikleri hakkındaki fikirlerini yeniden keşfettiler.
  
  peebles'in yaptığı hesaplara göre kozmik ardalan ışınımının şu anki sıcaklığı 10 k civarı olmalıydı. 10 k'de kozmik ardalan ışıması fotonlarının doruk dalga boyu 0,029 santimetre olmalıydı. bu tahmine dayalı olarak kozmik ardalan ışımasından gelen fotonların çoğu milimetre dalga boyunda fotonlar olacaktır.
  
  ama önemli bir kısmı radyo gökbilimcilerinin "mikrodalgalar "adını verdiği santimetre dalga boyunda fotonlar olacaktır.
  
  radyo gökbilimcileri ilk kozmik ardalan ışıması ölçümlerinde mikrodalgaları ölçtükleri için kozmik ardalan ışıması "kozmik mikrodalga ardalanı " ya da "cmb " (cosmic microwave background ) adı verilir.
  
  dicke ve peebles meslektaşları peter roll ve david wilkinson'la işbirliği yaparak bir radyo teleskobu ve radyo dalgası (mikrodalga ) dedektörü yaptı ve bunları princeton yerleşkesindeki bir binanın çatısına yerleştirdi. bu aygıtlar burada cmb'den gelen fotonları tespit etmeye çalışmak için kullanılacaktı:
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850144.jpg
  (bir radyo teleskobu )
  
  bu arada princeton yerleşkesinden yalnızca 50 kilometre uzaklıkta new jersey'in holmdel kentindeki "bell telephone company " araştırma laboratuvarında iki araştırmacı olan arno penzias ve robert wilson aslında 11 sentimetre dalga boyunda radyo dalgalarını tespit etmek için tasarlanmış bir aygıtla ölçümler yapıyorlardı.
  
  "radyometre " adıyla bilinen bu aygıt ilk olarak 1961'de bell labs fizikçisi ed ohm tarafından bell telephone laboratory'nin telstar uydu sistemiyle uydu-yer iletişimini test etmek için yapılmıştı:
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850148.jpg
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850149.jpg
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850146.jpg
  
  (basit bir radyometre, o dönemki bell labs'tan bir görüntü ve atılan uyduya dair bir kare )
  
  bu uydu sistemi için ilki 1962'de, ikincisi 1963'te olmak üzere iki uydu fırlatıldı.
  
  uydu iletişimine doğru ilk adım nasa'nın 1959'da ilk echo uydusunu fırlatmasıyla atılmıştı.
  
  echo telekominikasyon sinyallerini yerdeki alıcılara geri yansıtan pasif bir uyduydu. ohm telstar uydularıyla çalışmaya hazırlanırken echo'dan yansıyan ışığı ölçtü ve ölçümlerinde çok fazla sinyal buldu.
  
  beklenen telekominikasyon yayını sinyaliyle artı bir miktar ekstra enerji tespit etti.
  
  ohm ve iş arkadaşlarının gürültüsüz bir iletişim sinyali üretmek için ortadan kaldırması gereken gürültü olarak açığa çıkan o ekstra enerji tahminen ~3,3 k sıcaklıktaki bir radyo dalga boyunda foton kaynağına eşdeğerdi.
  
  iki rus astrofizikçi, andrei doroshkevich ve igor novikov ohm'un ölçümleriyle gamow'un tahminleri arasındaki bağlantıyı fark etti. ama batıdaki çoğu bilim insanı ne ohm'un çalışmasından, ne de rus ekibin yaptığı öneriden haberdardı.
  
  1963'te bell labs ohm'un telstar uydu iletişimi projesi için radyometresini kullanmayı bırakmaya karar verdi.
  
  penzias ve wilson o sırada kullanılmayan aleti aldılar ve 7,4 santimetre dalga boyundaki ölçümler için bir radyo teleskobuna çevirip ayarlayıp radyo gökbilimi yapmaya başladılar.
  
  önce samanyolu halesini, ardından da kraliçe a olarak bilinen süpernova kalıntısını incelediler.
  
  ölçümleri ohm'unkilerle karşılaştırıldığında son derece güvenilirdi. ama onlar da sorun yaratan "aşırı ışıma " yı ortadan kaldıramadılar. görünüşe göre bu ışınım ekipmanlarından, ay'dan ya da başka herhangi bir özel astrofiziksel kaynaktan, yakındaki new york city'den ya da biraz daha uzaktaki van allen ışınım kuşaklarından, radyo metrenin içindeki güvercin pisliklerinden de gelmiyordu.
  
  ve radyo teleskoplarını nereye doğrulturlarsa doğrultsunlar bir şey fark etmiyordu. "gürültü " her zaman oradaydı. penzias ve wilson göğün tamamında bulunan bu görültü kaynağının 3,5 artı eksi 1 k sıcaklığa sahip olduğu tahmininde bulundu.
  
  1965'lerin başlarında penzias astrofizikçi bernard burke'le yaptığı bir telefon görüşmeside bu sorundan bahsetti. kısa süre önce peebles'ın yazdığı erken evrenden kalan fotonların gökteki bütün yönlerden ısıl ışıma şeklinde tespit edilebileceğini öngören bir makalenin taslağını okumuş olan burke penzias'a peebles'la irtibata geçmesini önerdi.
  
  penzias martta princeton'a telefon etti ve dicke wilkilson ve peebles dicke'nın ofisinde öğle yemeği yerken döndü ve sonradan ünlenmiş "çocuklar, atlatıldık " sözünü söyledi. birkaç gün sonra penzias'ın ofisinde dicke vve peebles penzias ve wilson'a princeton ekibinin çatıdaki radyo teleskobuyla aramaya hazırladığı şeyi bell labs antenleriyle keşfettiklerini açıkladı:
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850156.jpg
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850159.jpg
  
  (yukarıdan aşağıya robert dicke, jim peebles )
  
  mayıs 1965'te penzias ve wilson the astrophysical journal'da deneysel sonuçlarını açıklayan bir makale yayımladılar:
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850164.jpg
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850161.jpg
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850165.jpg
  http://www.imgim.com/990inciu2021389.jpg
  http://www.imgim.com/…m...iminin-kesfi--i850170.jpg
  
  (soldan sağa penzias ve wilson, ilgili makale ve ellerindeki teknoloji ile tespit ettikleri cmb'nin grafiği )
  
  dicke'le grubuysa aşırı ışımayı büyük patlamanın imzası olarak yorumlayan yoldan bir makale yayımladı. yine de her iki grup da alpher, herman ve gamow'un cmb'nin sıcaklığıyla ilgili tahminlerinden habersizdi.
  
  1967'de cmb'nin sıcaklığı 0,26 santimetreden 49,20 santimetreye kadar dokuz farklı dalga boyunda ölçülmüştü. bütün ölçümler tutarlı bir cevap üretti: ema'nın mevcut sıcaklığı 3 k civarıydı. cmb'nin ilk keşfinden beri geçen yarım yüzyıl boyunca gökbilimciler cmb sinyalini neredeyse hayal edilebilecek bütün yollarla balonlara asılı, uzaya fırlatılmış ve antarktika da dahil dünyanın neredeyse her tarafına yerleştirilmiş balonlarla ölçtüler.
  
  giderek daha da gelişen cevap şuydu:
  
  t=2,725 k
  
  cmb'nin 1990 civarına kadar ölçüldüğü hassasiyet seviyesi evrenin erken geçmişi hakkında son derece değerli bilgiler sağladı. fakat cmb ölçümlerinden evrenin yaşını elde edebilmek için cmb'yi çok daha ayrıntılı bir şekilde ölçmek ve ayrıca evren hakında birçok ek bilgiye (içerdiği kütle miktarı, o kütlenin neden oluştuğu, normal madde, kara madde, egzotik kara madde v.s. ) günümüzde galaksiler arasındaki uzaklık ve evrenin geçmişteki ve şu anki genişleme hızları (kara enerji ve hızlanan evren ) sahip olmayı gerektiriyordu.
  
  bütün bu bilgiler evrenin yaşı için bir tahmin elde etmede daha modern kuramsal ve gözlemsel açıklama sağlamıştır.
• uzay boşluğunun 2.7 kelvin sıcaklığa sahip olması olarak yorumlanamaz. çünkü uzay boşluğunun sıcaklığından söz edilemez.
  
  uzay boşluğundaki en soğuk maddenin 2.7 kelvin sıcaklıkta olabileceği sonucunu ortaya koyar. çünkü, evrenin her yanından büyük oranda homojen olarak yayılan 2.7 kelvinlik bir ışıma vardır. bu ışıma, en soğuk bölgelerdeki maddenin dahi 2.7 kelvin sıcaklığa sahip olmasına neden olur.
  
  elbette bu ışınımın yoğun gaz bulutları nedeniyle ulaşamadığı izole bölgeler de vardır. örneğin bazı nebulaların sıcaklığı 1 kelvin dolayında ölçülmüştür. yani, kozmik mikrodalga arkaplan ışımasından 1.7 kelvin daha soğuktur.
• tv de yayin alamiyorken ki karıncalanma, radyoda frekans değiştirirken çıkan hışırtıdır.
• sanılanın aksine tv ve radyo parazitlerinin sadece %1 kadarını oluşturur. öyle tamamını değil yani.
  
  neyse efendim; şimdi bu ışıma haritasında yapılan çok hassas ölçümlerde^* evrenin çok çok uzak köşelerinin bile birbiriyle tamamen aynı sıcaklığa sahip olduğu gözlemlenmiş. buna istinaden alan guth başta olmak üzere bir çok fizikçi büyük patlama teorisine ek olarak bir şişme hipotezi öne sürüyorlar. çünkü evrenin bu uzak noktalarının bir zamanlar dip dibe olduğunu düşünüyorlar.
  
  yani büyük patlama anında evren oluştuktan çok çok çok kısa bir sürede, evren aşırı bir hızla(ışıktan daha hızlı) genişledi, sonrasında yavaşladı, şimdi ise genişleme, hızı artarak devam ediyor.
  bu "şişme" olayının arkasındaki sebebe dair bir çok fikir var. bir tanesine göre; tekillik anından sonra 4 temel kuvvetin birbirinden ayrılması esnasında entropi akıl almaz derecede yükseldi çünkü düzenlilik durumu bozuldu. bu nedenle de evrenin genişleme hızı fenafillah düzeylere çıktı.
  (bkz: şişme kuramı)
• eğer birinin aklına big bang tek noktaydı ama böyle bir ışık nasıl her yönden gelir gibi bir soru geliyorsa cevabı evrenini genişlemesidir.
  
  evren big bang yüzünden değil dark enerji yüzünde genişlemektedir. bu genişlemeyi tek bir noktadan genişleyen değil, her uzayın her noktasında genişlediği ve araya yeni uzay hacimleri eklendiği şekilde düşünmek gerekir. everin her noktası diğer noktalardan aynı şekilde uzaklaşıyor. bu durumda bize yakın cisimler uzaklaşırken onlardan çıkan ışıklar bu genişleme esnasında bize geç ulaşır. işte büyük patlamadan 380 bin yıl sonrasında bize 42 milyon ışık yılı uzaklıkta bir kürenin sınırlarında çıkan ışıklar bize genişleme yüzünden 13.8 yıl sonra ulaşmaktadır. zaten şu an o kürenin sınırları bizden 42 milyar ışık yılı uzaklıktadır. yani su an o cisimler gözlenebilir evrenin sınırlarındadırlar.
• evrenin oluşumundan bu yana enerji kaybeden kozmik arkaplan ışımasının günümüzdeki sıcaklığı yaklaşık 3 kelvindir.
• uzay boşluğunun yaklaşık 2.7 kelvinlik sıcaklıkta olculmesinin sebebi.
  
  normalde uzay boşluğunda madde olmadigindan, boslugundaki sıcaklığın 0 kelvin olarak ölçülmesi gerekir. fakat ölçümler uzay boşluğunda sıcaklığın sabit bir değer olduğunu göstermiştir.
  
  bu olay büyük patlamanın en büyük kanıtı olarak kabul edilir.
• tekrar tekrar okuyup dafuq did i just read tepkisi vermeme neden olan tamlama. hadi bi de bilgi vereyim;
  
  evrenin homojen bir şekilde genişlediğini de doğrular bu ışıma.