Gözlemlenebilir Evren Ne Kadar Büyük? 93 Milyar Işık Yılının Sırrı

Basit bir bilmeceyle başlayalım. Evren yaklaşık 13,8 milyar yaşında. Hiçbir şey ışıktan hızlı gidemediğine göre, en uzaktan gelen ışık en fazla 13,8 milyar yıl yol almış olabilir. O hâlde her yöne 13,8 milyar ışık yılı görebiliriz ve gözlemlenebilir evrenin çapı 27,6 milyar ışık yılı olmalı, değil mi?

Mantıklı görünüyor ama yanlış. Gerçek cevap yaklaşık 93 milyar ışık yılı. Aradaki farkın sırrı, evrenin en tuhaf ve en güzel özelliklerinden birinde saklı.

Işık yılı: Zamanla ölçülen bir mesafe

Önce birimimizi tanıyalım. Işık yılı, bir zaman değil, bir uzunluk birimidir: Işığın boşlukta bir yılda aldığı yol. Işık saniyede yaklaşık 299.792 km gittiğine göre, bir yılda yaklaşık 9,46 trilyon kilometre yol alır.

Bu birimin güzel bir yan etkisi var: Uzağa bakmak, geçmişe bakmak demek. Güneş’in ışığı bize yaklaşık 8 dakika 20 saniyede ulaşır; yani Güneş’i her zaman yaklaşık 8 dakika önceki hâliyle görürsün. Andromeda Galaksisi’nin ışığı ise yaklaşık 2,5 milyon yıl önce yola çıktı. Gece gökyüzü, aslında farklı çağlardan gelen fotoğrafların üst üste bindiği bir albüm. Bu yüzden gökbilimciler “en uzak galaksi” dediğinde aslında “ışığı en eski çağdan gelen galaksiyi” kastederler.

Neden 27,6 değil de 93 milyar?

Çünkü evren, ışık yoldayken durup beklemedi. Büyük Patlama’dan beri uzayın kendisi genişliyor.

Bunu, gerilen bir lastik bant üzerinde yürüyen bir karınca gibi düşünebilirsin. Karınca bandın bir ucundan diğerine doğru sabit hızla yürüsün. Ama o yürürken bant da sürekli uzuyor. Karınca sonunda varış noktasına ulaştığında, yola çıktığı nokta artık başladığı mesafeden çok daha uzakta kalmış olur.

Işık da böyle. Bugün bize ulaşan en eski ışık, kaynağından yola çıktığında o kaynak bize çok daha yakındı. Işık 13,8 milyar yıl boyunca yol alırken arada kalan uzay gerildi. Sonuçta, ışığını bugün gördüğümüz en uzak bölgeler şu anda bizden yaklaşık 46,5 milyar ışık yılı uzakta. Bu mesafeye, genişlemeyi hesaba katan eşhareketli uzaklık (comoving distance) denir. Her yöne 46,5 milyar ışık yılı demek, yaklaşık 93 milyar ışık yılı çap demek.

Somut bir örnek: James Webb Uzay Teleskobu’nun bulduğu en uzak galaksilerden biri olan MoM-z14’in ışığı bize yaklaşık 13,5 milyar yılda ulaştı. Ama standart kozmolojik modelle hesaplandığında, o galaksinin bulunduğu bölge bugün bizden 30 milyar ışık yılından daha uzakta.

Peki bu, ışıktan hızlı gitmek değil mi?

Çok uzaktaki galaksiler bizden gerçekten de ışıktan hızlı uzaklaşıyor. Ama bu, görelilik kuramını çiğnemiyor. Görelilik, hiçbir şeyin uzayın içinde ışıktan hızlı hareket edemeyeceğini söyler. Burada galaksiler uzayda koşmuyor; aradaki uzay genişliyor. Üstelik ışıktan hızlı uzaklaşan bazı galaksileri bugün görebiliyoruz bile. Bunun nedenini Işık hızını neden aşamayız? yazımızda da kısaca ele aldık.

Üç farklı “ufuk”

Kozmolojide “ufuk” kelimesi birkaç farklı sınır için kullanılır ve sık sık karıştırılır:

Parçacık ufku: Evrenin başından beri ışığın bize ulaşabildiği en uzak bölgelerin bugünkü uzaklığı. Gözlemlenebilir evrenin sınırı budur: yaklaşık 46,5 milyar ışık yılı.
Hubble küresi: Uzaklaşma hızının tam olarak ışık hızına eşit olduğu uzaklık. Bugün yaklaşık 14,5 milyar ışık yılı. Bunun ötesindeki galaksiler bizden ışıktan hızlı uzaklaşıyor.
Kozmik olay ufku: Bugün yola çıkan bir ışık sinyalinin bir gün ulaşabileceği en uzak mesafe. Yaklaşık 16 milyar ışık yılı. Yani bugün gönderdiğimiz bir mesaj, şu an daha uzakta olan galaksilere, gördüğümüz hâlde, asla ulaşamayacak. Bunun nedeni, karanlık enerjinin genişlemeyi hızlandırması.

Gözlemlenebilir evren büyüyor mu?

Evet, ama sonsuza dek değil. Her geçen yıl, daha uzak bölgelerden yola çıkmış ışık bize ulaşmaya devam ediyor; bu yüzden parçacık ufku yavaş yavaş genişliyor. Ne var ki karanlık enerjinin hızlandırdığı genişleme bu büyümeye bir tavan koyuyor. Hesaplara göre sonsuza kadar beklesen bile, bugün yaklaşık 62 milyar ışık yılından daha uzakta olan bölgelerin ışığı bize hiçbir zaman ulaşamayacak. Üstelik uzak galaksilerin ışığı zamanla giderek daha fazla kırmızıya kayıp sönükleşecek. Çok uzak gelecekteki gökbilimciler, bugün bizim gördüğümüzden çok daha boş bir gökyüzüyle karşılaşabilir.

Işıkla görebileceğimiz en eski şey

Bir de “görme duvarı” var. Evrenin ilk yaklaşık 380.000 yılında ışık serbestçe yol alamıyordu. Bu yüzden ışıkla görebileceğimiz en eski şey, o dönemden kalan kozmik mikrodalga arka plan ışınımı. Ondan öncesine ışıkla bakamıyoruz.

Gözlemlenebilir evren, evrenin tamamı değil

“Gözlemlenebilir” kelimesi çok önemli. Gözlemlenebilir evren, ışığın bize ulaşmaya vakit bulduğu bölgedir; evrenin tamamı değil. Sınırında bir duvar ya da kenar yok. O sınırın ötesinde de büyük olasılıkla galaksiler var, yalnızca ışıkları henüz bize ulaşmadı.

Gözlemlenebilir evrenin merkezinde biz varız, ama bu özel olduğumuz anlamına gelmiyor. Uzak bir galaksideki bir gözlemcinin de kendi merkezinde durduğu, kendi gözlemlenebilir evreni var. Tıpkı denizin ortasındaki her geminin, kendi ufkunun merkezinde olması gibi.

Peki evrenin tamamı ne kadar büyük? Bilmiyoruz. Sonsuz bile olabilir. Ölçümler evrenin, büyük ölçeklerde neredeyse tam olarak “düz” olduğunu gösteriyor. 2011’de yayımlanan istatistiksel bir analiz, evren kapalı ve sonlu bir yapıda olsa bile en az 251 Hubble küresini içine alacak kadar büyük olması gerektiğini hesapladı. Yani gördüğümüz kısım, bütünün yalnızca küçük bir parçası olabilir.

İçinde kaç galaksi var?

Bu sorunun cevabı da beklediğinden daha belirsiz. 2016’da Christopher Conselice ve ekibi, Hubble Uzay Teleskobu verilerinden yola çıkarak, Büyük Patlama’dan yaklaşık 650 milyon yıl sonrasına kadar uzanan bölgede yaklaşık 2 trilyon galaksi olduğunu tahmin etti. Bu sayının büyük kısmı, bugünkü teleskoplarla tek tek görülemeyecek kadar sönük, küçük galaksilerden oluşuyor.

Bazı başka tahminler ise sayıyı “yüz milyarlar” düzeyinde tutuyor. Sorunun bir kısmı tanımda: Ne kadar küçük bir yıldız topluluğunu “galaksi” sayacağız? Gökyüzünün toplam arka plan parlaklığını ölçen çalışmalar da bu tartışmaya katılıyor. Örneğin Güneş Sistemi’nin dış bölgelerindeki New Horizons sondası, Dünya’dan ölçülemeyecek kadar karanlık bir gökyüzünde bu soluk ışığı ölçtü. Bu tür ölçümler, evrendeki toplam ışığın ne kadarının bilinen galaksilerden geldiğini sınamaya yarıyor. Güvenle söyleyebileceğimiz şu: Gözlemlenebilir evrende yüz milyarlarca, belki de trilyonlarca galaksi var. Üstelik yalnızca bizim Samanyolu’muz bile yüz milyarlarca yıldız barındırıyor.

Ölçeği hissetmek

Bu sayılar beynimizin kavrayabileceği sınırların çok ötesinde. O yüzden bütün gözlemlenebilir evreni çapı 1.000 kilometre olan bir küreye indirelim. Bu ölçekte:

Samanyolu Galaksisi yaklaşık 1 metre genişliğinde olurdu.
Andromeda Galaksisi, Samanyolu’ndan yaklaşık 27 metre uzakta dururdu.
Güneş’e en yakın yıldız olan Proxima Centauri yalnızca yaklaşık 46 mikrometre uzakta olurdu; bir saç telinin kalınlığından da az.
Dünya ile Güneş arasındaki uzaklık ise yaklaşık 0,17 nanometre olurdu; kabaca tek bir atomun boyu.

İnsanların bugüne kadar gidebildiği en uzak yer olan Ay’ın Dünya’ya uzaklığı ise bu ölçekte bir atomun çapından yüzlerce kat küçük kalırdı. Protondan gözlemlenebilir evrene kadar bu ölçek basamaklarını kendin keşfetmek istersen Ölçek Makinesi’ni dene.

Özetle: Gözlemlenebilir evrenin çapı yaklaşık 93 milyar ışık yılı, çünkü ışık bize doğru yol alırken uzay da genişlemeye devam etti. Bu sınır evrenin kenarı değil, yalnızca ışığın bize ulaşmaya vakit bulduğu bölgenin sınırı. Evrenin tamamının ne kadar büyük olduğunu ise bilmiyoruz; sonsuz bile olabilir.

Kaynaklar

Davis, T. M. ve Lineweaver, C. H. (2004). “Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the Universe”. Publications of the Astronomical Society of Australia, 21, 97–109. arXiv:astro-ph/0310808
Planck Collaboration (2020). “Planck 2018 results. VI. Cosmological parameters”. Astronomy & Astrophysics, 641, A6. arXiv:1807.06209
Conselice, C. J. ve ark. (2016). “The Evolution of Galaxy Number Density at z < 8 and its Implications”. The Astrophysical Journal, 830, 83. arXiv:1607.03909
Lauer, T. R. ve ark. (2021). “New Horizons Observations of the Cosmic Optical Background”. The Astrophysical Journal, 906, 77. arXiv:2011.03052
Vardanyan, M., Trotta, R. ve Silk, J. (2011). “Applications of Bayesian model averaging to the curvature and size of the Universe”. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society Letters, 413, L91–L95. arXiv:1101.5476