Büyük Patlama

Evrenin sıcak ve yoğun bir başlangıçtan 13,8 milyar yılda nasıl bir galaksi ağına dönüştüğü

Adım adım

Bugünkü evren

Boşlukların çevresindeki iplikçiklerden oluşan bir ağa dizilmiş galaksiler: Büyük Patlama'dan 13,8 milyar yıl sonra evren. Uzayın kendisi hâlâ geriliyor ve galaksileri birbirinden uzaklaştırıyor.

Gösterilen bölge yaklaşık 800 milyon ışık yılı genişliğinde. Galaksileri, yüz milyon ışık yılı ya da daha geniş boşlukların çevresinde duvarlar ve iplikçikler hâlinde toplanıyor; milyonlarca galaksiyi haritalayan taramaların ortaya koyduğu desen bu. Buradaki ağ haritalanmadı, basit bir modelden çizildi; bu yüzden gerçeğine benziyor ama o değil.

Uzak galaksiler, ne kadar uzaktaysalar bizden o kadar hızlı uzaklaşıyor: her 3,26 milyon ışık yılı için yaklaşık 67 km/s daha hızlı. Uzayda uçmuyorlar; aralarındaki uzay büyüyor. Saati geri sararsanız, her şey bir zamanlar sıkı sıkıya bir arada olmalıydı.

Saati geri sarmak

Zaman geriye akınca galaksiler birbirine sokulur, düzgün bir gaza karışır ve giderek ısınan ışıkta kaybolur. Merkez yok: nereden bakılsa her şey aynı biçimde yaklaşır.

Büyük Patlama uzayda bir noktada olan bir patlama değildi. Uzayın kendisi her yerde aynı anda daha küçüktü ve bugünkü evrenin her parçası bunun içindeydi. Herhangi bir galaksi seçin: geriye sarılırken diğerlerinin hepsi ona yaklaşır, tıpkı bizimkine yaklaştıkları gibi.

Bugün görebildiğimiz her şey, şimdi 93 milyar ışık yılı genişliğinde, Büyük Patlama'dan bir saniye sonra yaklaşık 18 ışık yılı genişliğinde bir bölgeye sığıyordu. İlk anda ne olduğunu ya da bir öncesi olup olmadığını henüz kimse bilmiyor: fiziğimiz evreni ancak saniyenin çok küçük bir kesri yaşındayken geriye doğru izleyebiliyor.

İlk saniye

Saniyenin milyonda biri geçtiğinde uzay trilyonlarca derecede kuarklar, gluonlar ve ışıkla dolu. Yaklaşık saniyenin yüz binde birinde kuarklar proton ve nötronlarda toplanıyor.

Bugün hiçbir şey bu kadar sıcak değil, bir yıldızın çekirdeği bile. Tüm evren en küçük parçacıklardan oluşan koyu bir çorbaydı; parçacıklar hiçbir şeyin bir arada kalamayacağı kadar sık çarpışıyordu. Uzay büyüdükçe soğudu ve yaklaşık iki trilyon derecede kuarklar üçerli kümelendi: protonlar ve nötronlar.

Başta proton kadar nötron vardı. Nötronlar biraz daha ağır, bu yüzden soğudukça azaldılar; bir saniyeyi biraz geçince ikisi birbirine dönüşmeyi bıraktı: her altı protona bir nötron. O sırada nötrinolar çoktan kaçmıştı; bugün hâlâ uzayı dolduruyorlar.

İlk dakikalar

Yaklaşık üçüncü ve yirminci dakikalar arasında protonlar ve nötronlar helyuma kaynaşıyor; sonunda tüm sıradan maddenin dörtte biri helyum oluyor. Sonra evren daha fazlasını yapamayacak kadar soğuyor.

Protonlar ve nötronlar önce döteryum olarak eşleşiyor, ama birkaç dakika boyunca ışık bu çiftleri parçalayacak kadar sıcak. Yaklaşık bir milyar derecenin altına soğuyunca çiftler hayatta kalıyor ve hızla helyumda birleşiyor. Neredeyse her nötron bir helyum çekirdeğine giriyor.

Sonuç, kütlece yaklaşık dörtte üç hidrojen ve dörtte bir helyum, biraz da döteryum ve lityum; gökbilimcilerin en yaşlı gazda ve yıldızlarda bulduğu tam da bu. Büyük Patlama'nın gerçekleştiğinin en güçlü kanıtlarından biri ve bu, evrenin ilk yirmi dakikasında oldu.

Işıldayan bir sis

Sonraki 370.000 yıl boyunca evren çekirdeklerden, elektronlardan ve ışıktan oluşan ışıldayan bir sis. Işık bir elektrona çarpmadan uzağa gidemiyor, bu yüzden içinden hiçbir şey görünmüyor.

Bir yıldızın içinde olmak gibi, ama uzay büyüdükçe giderek incelen ve soğuyan bir yıldız. Madde ve ışık birbirini itip çekiyor, sisin içinde ses dalgaları dolaşıyor. Bıraktıkları dalgalanmalar minik, yüz binde bir kadar; burada binlerce kat güçlü çiziliyor.

Sis yavaş yavaş yüz milyonlarca dereceden birkaç bine soğuyor ve parıltısı, soğuyan bir yıldızınki gibi renk değiştiriyor: mavimsi beyazdan sarıya, sonra turuncuya. Her proton ya da nötron başına yaklaşık 1,6 milyar ışık parçacığı var.

Sis dağılıyor

Yaklaşık 3.000 derecede, Büyük Patlama'dan 370.000 yıl kadar sonra, elektronlar çekirdeklere yerleşiyor ve sis saydamlaşıyor. O zaman serbest kalan ışık bize hâlâ her yönden ulaşıyor: kozmik mikrodalga arka plan ışıması.

Elektronlar hidrojen ve helyum atomlarına bağlanınca ışık aralarından serbestçe geçiyor. O ışık o günden beri yolda. Büyüyen evren tarafından bin kat uzun dalga boylarına gerilerek bugün mikrodalga olarak, mutlak sıfırın 2,7 derece üzerinde ulaşıyor.

Minik dalgalanmaları, gökyüzünde yaklaşık bir derece genişliğindeki lekeler, bütün galaksilerin tohumları. Uydular onları COBE'den WMAP'e ve Planck'a kadar ayrıntılı haritaladı; gerçek harita fotoğraflar arasında. Desenleri bize evrenin yaşını ve neyden yapıldığını söylüyor.

Karanlık çağlar

Uzay büyümeye devam ettikçe artık parıltı kızarıyor ve sönüyor. Birkaç milyon yıl sonra hiç görünür ışık kalmıyor, yalnızca karanlık; bu sırada kütleçekim maddeyi sessizce dalgalanmalarda topluyor.

Birkaç milyon yıl boyunca gökyüzü hâlâ közler gibi donuk kırmızı parlıyordu. Sonra ışığı kızılötesine kaydı ve evren karardı. Henüz yıldız yoktu, yalnızca soğuyan hidrojen ve helyum gazı.

Karanlıkta, ne parlayan ne de ışığı engelleyen ve sıradan maddeden beş kat ağır olan karanlık madde, dalgalanmaların onu biraz daha yoğun bıraktığı yerlerde toplandı ve gaz da ardından geldi. Burada mavi çiziliyor; gerçekte görünmez.

İlk ışık

Yüz ila iki yüz milyon yıl sonra ilk yıldızlar ağın en yoğun düğümlerinde tutuşuyor ve ilk galaksiler toplanıyor. Işıkları çevrelerindeki gazı yavaş yavaş açıyor.

İlk yıldızlar muhtemelen dev, sıcak ve kısa ömürlüydü, yalnızca hidrojen ve helyumdan yapılmıştı; henüz hiçbiri bulunamadı. James Webb Uzay Teleskobu, Büyük Patlama'dan 300 milyon yıldan kısa süre sonra parlamakta olan galaksiler gördü.

Genç galaksilerin morötesi ışığı çevrelerindeki hidrojen atomlarını yeniden parçaladı ve yaklaşık bir milyar yıl sonra galaksiler arasındaki gaz saydamlaştı. Yıldızları ayrıca karbondan demire, sonraki yıldızların ve gezegenlerin yapıldığı ilk ağır elementleri de oluşturdu.

Ağ büyüyor

Milyarlarca yıl boyunca galaksiler ağ boyunca büyüyüp birleşiyor. Güneş, Büyük Patlama'dan 9,2 milyar yıl sonra oluşuyor ve son altı milyar yıldır uzay giderek daha hızlı büyüyor.

Yıldızların çoğu evren iki ila altı milyar yaşındayken doğdu; o zamandan beri yıldız doğumu yaklaşık on kat yavaşladı. Güneş ve Dünya, yaklaşık 4,6 milyar yıl önce, önceki kuşak yıldızların zenginleştirdiği bir gazdan oluştu.

1998'de gökbilimciler uzaktaki patlayan yıldızların beklenenden sönük olduğunu buldu: genişleme hızlanıyor. Onu süren şey, karanlık enerji denen şey, bugün evrenin yaklaşık %68'ini oluşturuyor. Ne olduğu fiziğin en büyük açık sorularından biri olmayı sürdürüyor.