YERÇEKİMİ MERCEKLERİ

YERÇEKİMİ MERCEKLERİ
Camdan mercekler hepimizin bildiği gibi kullanım maksadına uygun olarak şekil verilmiş aletlerdir, örneğin gözümüzdeki kusurları telafi etmek amacıyla kullanmak mecburiyetinde kaldığımız gözlükler aslında yakınsak (yakınlaştıran/büyüten) ya da ıraksak (uzaklaştıran) mercek çiftleridirler. Yakınsak olsun, ıraksak olsun, mercekler doğanın optik kanunlarına uygun olarak ışık ışınlarını kıran cisimlerdir. Lise fizik derslerinden hatırlanacağı gibi ışık ışınları aynalardan yansır, merceklerden kırılıma uğrayarak geçerler. Uygun şekilde imal edilmiş bir yakınsak mercek, içinden geçen ışık ışınlarının yönünü merceğin eksenine doğru değiştirmek suretiyle, bunların diğer taraftaki bir noktada kesişerek toplanmalarını sağlar. Işık ışınlarının kendisinden geldiği cismin bu suretle küçük bir görüntüsünün oluştuğu bu noktaya “merceğin odak noktası”, bu noktanın merceğin merkezine olan mesafesine “merceğin odak uzaklığı” diyoruz. Mercekler, ekseriya simetrik yapılardır ve merkezlerine nazaran simetrik iki odak noktasına sahiptirler. Yakınsak merceklerin kenarları ince, ortaları kalındır, cisimleri büyütürler.
Çocukluğumuzda çoğumuz büyüteç ya da pertavsız dediğimiz böyle yakınsak mercekler kullanarak güneş ışınlarını odaklayıp kâğıt tutuşturmuşuzdur. Bu esnada yaptığımız şey, aslında mercek vasıtasıyla kâğıt üzerinde Güneş’in küçük bir görüntüsünü oluşturmaktı.

Mercekler hakkında bu kısa hatırlatmalardan sonra asıl konumuza gelelim:
Albert Einstein’ın Genel Görelilik kuramı; maddenin mevcudiyetinin üç boyutlu evrene, zamanın da işe katılmasıyla birlikte dört boyutlu bir karakter kazandırdığını söylemektedir. Yıldızlar gibi büyük kütleli gök cisimleri bu dört boyutlu yapıyı eğip bükmekte ve civardaki daha küçük kütleli gök cisimleri ataletleriyle bu eğimlere uygun olarak hareket etmek zorunda kalmaktadırlar.
Kendi hallerine bırakıldıklarında ataletleriyle düz yollar izlemek temayülünde olan gökcisimlerinin kendilerinden daha büyük gökcisimlerinin etrafındaki uzay / zamanın eğimine uygun olarak hareket etmek suretiyle eliptik yollar izlemeleri bunların bir çekim alanının etkisinde kaldığı izlenimini yaratmaktadır ki Einstein’ın Genel Görelilik Kuramı’na göre yerçekimi bildiğimiz anlamda bir kuvvet değildir. Bu konuyu bir önceki yazımızda anlatmıştık.
Şayet, Einstein’ın bu konuda söyledikleri doğru ise ışık ışınlarının da yıldızlar gibi yoğun madde kütlelerinin yanından geçerlerken, bunların büktüğü uzay / zaman dokusunun eğimine uyarak eğri bir yol izlemeleri gerekirdi ki bu görüşün doğru olup olmadığını tahkik için ilk deney 1919 yılında vuku bulan bir tam güneş tutulması olayı esnasında bilim insanları tarafından Batı Afrika’da yapılmıştır.

Bu tutulma olayı sırasında gökyüzünde Ay tarafından perdelenen Güneş’in ve bu esnada hemen yanında beliren yıldızların tek karede fotoğrafı çekilmiş, aylar sonra aynı bölgenin gece çekilen fotoğrafı ile bu fotoğraf mukayese edildiğinde, belirlenmiş olan yıldızların aralarındaki mesafelerin güneş tutulması sırasında, Einstein’ın önceden hesaplamak suretiyle bildirdiği miktarda değişmiş olduğu görülmüştür.
Olaya biraz daha yakından bakalım: Tutulma esnasında bize göre biri Güneş’in hemen sağında, diğeri hemen solunda kalan iki yıldızı alalım. Büyük kütlesi ile içinde bulunduğu uzayın yapısını bozan güneş, bu nedenle bu iki yıldızın ışınlarının tıpkı bir yakınsak mercek gibi Dünya’ya doğru bükülmesine sebep olacaktır. Biz bu esnada Dünya’dan baktığımızda bu iki yıldızı bize ulaşan bükülmüş ışık ışınlarının doğrultuları üzerinde görürüz. Aylar sonra, bu sefer bir gece vakti aynı iki yıldıza baktığımızda, artık ışınlar bize bükülmeden, bir doğru boyunca ulaşmakta olduğundan tutulma sırasındaki durumlarına nazaran gerçek konumlarında yıldızların birbirlerine daha yakın olduklarını fark ederiz.
Güneş’in yaptığı bu etkiyi bazen galaksiler ya da dilimizdeki tabiri ile gökadalar da yaratmaktadırlar. Her biri Samanyolu’muz gibi yüzlerce milyar yıldızdan oluşan gökadalar bize nazaran arkalarında kalan, bu nedenle Dünya’dan bakıldığında görülmesi mümkün olmayan uzak gökadaların ve benzeri gökcisimlerinin yanlarından geçen ışık ışınlarını bükmek, bir başka ifadeyle yakınsak mercekler gibi yönlendirmek suretiyle, güçlü teleskoplar yardımıyla tespit edilebilen ilginç görüntülerin ortaya çıkmasına sebep olurlar.
Mercek görevi gören gökcismi; münferit bir gökada ya da gökada kümesi olabileceği gibi, bir quasar (quasi stellar object) yani yıldızımsı gökcismi veya bir kara delik ya da mahiyeti henüz açıklanamamış olan karanlık madde (1) yığınları da olabilmektedir. Böyle etkiler yaratan gökcisimlerine bilim dünyasında “gravitational lenses” yani “yerçekimsel mercekler” denilmektedir ki ben bu tabiri “yerçekimi mercekleri” olarak kullandım.
Yine konumlara bağlı olarak bazen aradaki gökadalar ya da karanlık madde kümeleri, tam anlamıyla kozmik bir büyüteç görevini görür ve arkada kalan gökcisimlerinin ışığı güçlenerek Dünya’ya ulaşır. Bu suretle, ışığı bize yaklaşık 13 milyar yılda ulaşan, büyük patlamadan hemen sonra oluşmuş gökadalar hakkında da bilgi toplanabilmektedir ki yerçekimi mercekleri olmasaydı çok uzaklarda kalan bu ilk gökadaları, önlerinde engel olmasa bile günümüzün en güçlü teleskopları ile dahi görmek pek mümkün olmayacaktı.
Özellikle Hubble uzay teleskobu sayesinde, son yıllarda yerçekimi mercekleri konusunda önemli bilgiler elde edilmiş, ilginç fotoğraflar çekilmiştir.

(1) Burada bu vesileyle son yıllarda bilim âlemini meşgul etmekte olan iki gizemli kavramdan, karanlık madde ve karanlık enerjiden de kısaca bahsedelim: Karanlık madde ve karanlık enerjinin mevcudiyetleri, bunların gökadalar üzerinde yarattıkları etkilerin gözlemlenmesiyle dolaylı olarak gösterilebilmektedir. Karanlık madde çekim gücüyle, yıldızların dağılmalarını önlemek suretiyle gökadaların varlıklarının devamlılığını sağlamakta , yerçekiminin aksine itici bir özelliğe sahip olan karanlık enerji ise gökadaların giderek artan hızlarla birbirlerinden sonsuza kadar uzaklaşmasına sebep olacak gibi görülmektedir. Bilim, karanlık maddeyi oluşturan parçacıkları henüz deneyle tespit edememiştir. Fizik âlimleri halen bu konuda teoriler geliştirme çabası içindedirler, bu meyanda yerçekimsel mercek olgusundan yola çıkılarak evrendeki karanlık madde kümelerinin üç boyutlu haritaları da hazırlanabilmektedir. Karanlık enerji konusunda ise halen büyük ölçüde bir bilinmezlik mevcuttur.
Evrende görülebilir madde ve enerjinin toplamı % 4 mertebesindedir. Yarattıkları etkilerden yola çıkılarak yapılan hesaplara göre karanlık madde ve karanlık enerjinin toplamı ise evrenin % 96’sını oluşturmaktadır. Yine hesaplamalara göre bu toplam miktarın % 23’ünü karanlık madde, % 73’ünü de karanlık enerji teşkil etmektedir.

 
yurdaerihsan@gmail.com