Kozmoloji: Son Saçılma Yüzeyi ve Foton Ayrışması

Eğer evren şu anda genişliyorsa, geçmişte daha küçük bir hacimde toplanmış olmalıdır. Bu sebeple, eğer zamanda yeterince geriye gidecek olursak, çok yoğun ve çok sıcak bir ortamla karşılaşırız. Büyük Patlama modeline göre, evrenin hangi anında, hangi tür parçacık etkileşimlerinin gerçekleştiğini bilebiliyoruz. Şimdilik bir saniyeden bile daha kısa sürede gerçekleşen bu süreçleri bir kenara bırakalım ve evrenin birkaç yüz bin yıllık yaşına odaklanalım.

Başlangıçtaki Sert Şartlar

Evren 300.000 yıl yaşındayken, hala oldukça sıcak bir durumdadır. Böyle bir ortamda fotonlar serbest bir şekilde hareket edemezler. Yani sürekli bir etkileşim halinde olduklarından ötürü, taşıdıkları bilgiyi sürekli olarak kaybederler. Bu şu demek: Eğer fotonlar serbest bir şekilde hareket edemiyorsa, buradan fotonlar yoluyla bir bilgi alamazsınız. Yani evrenin fotonlar için opak olduğu dönemini, fotonlar aracılığıyla göremiyoruz. Dolayısıyla Büyük Patlama anını görmek mümkün değildir. Çünkü bu andan itibaren ortaya çıkan fotonlar, aşırı yoğun ve sıcak ortamda çeşitli etkileşimlere girmişlerdir.

Bunun bir diğer örneğini yıldızlarda görmekteyiz. Yıldızların çekirdeğinde üretilen bir foton, bize ulaşamaz. Çünkü çekirdek bölgesi çok yoğun olduğundan fotonlar için ortalama serbest yol çok kısadır. Bir kere etkileşime girdikten sonra artık o foton, başlangıcındaki bilgiyi taşımaz. Dolayısıyla çekirdekten foton yoluyla bilgi edinemeyiz. Fakat nötrino adını verdiğimiz ve Güneş'in merkezinde gerçekleşen füzyon reaksiyonları sonucunda ortaya çıkan bir parçacık, madde ile oldukça ender etkileşime girer. Yani Güneş'in merkez bölgelerinden yola çıkan bir fotonu yakalayamazken, nötrinoyu yakalayabiliriz.

Fakat zaman geçtikçe, evrenin genişlemesiyle birlikte buna eşlik eden soğuma, ortamı fotonlar için opak bir halden, saydam bir hale getirir. Böylelikle bir noktada artık fotonlar uzayda hiçbir engelle karşılaşmadan serbest bir şekilde hareket etmeye başlarlar. Bu anın gerçekleştiği hayali yüzeye, son saçılma yüzeyi denir. İşte bu andan itibaren gelen fotonlar, kozmik mikrodalga arkaplanını (CMB'yi) oluşturmaktadır. Yani bugün CMB'ye baktığımızda gördüğümüz şey, evrenin fotonlar için saydam bir hale gelmeye başladığı anın bir görüntüsüdür.

Elbette bu süreç bir anda gerçekleşmemiştir. Kabaca 300.000 yıl ile 400.000 yıllık bir süreç arasında opaktan saydama doğru bir geçiş olmuştur. Evrenin fotonlar için saydam hale geldiği bu ortam, fotonlar için ayrışma (decoupling) dönemi olarak adlandırılır ve WMAP 2012 verilerine göre evren kabaca 375.000 yıl yaşındayken gerçekleşmiştir.

Burada anlatılan konular hakkında biraz daha teknik detaylar için: Evrenin Gözlemsel Özellikleri

Ögetay Kayalı

Referanslar
1. Liddle, A. (2015). An Introduction to Modern Cosmology. Wiley.
2. Coles, P., & Lucchin, F. (2002). Cosmology: The Origin and Evolution of Cosmic Structure. Wiley.
3. Hinshaw, G., Larson, D., Komatsu, E., Spergel, D. N., Bennett, C. L., Dunkley, J., … Wright, E. L. (2012). Nine-year wilkinson microwave anisotropy probe ( wmap ) observations: cosmological parameter results, 1–177. <https://doi.org/10.1088/0067-0049/208/2/20>
4. EdX: ANU-ASTRO4X, Astrophysics: Cosmology. <https://courses.edx.org/courses/course-v1:ANUx+ANU-ASTRO4x+2T2016/info

Ögetay Kayalı

Astronom. Çalışma alanı teorik kozmoloji, özellikle Einstein'ın görelilik kuramının modifiye edilmesi üzerine çalışıyor. Bunların yanında ender bulduğu zaman aralıklarında kafasına esince programlama, 3B modelleme, tasarım, fotoğrafçılık, resim ve satranç ile de ilgileniyor.

Ögetay Kayalı 118 makale yazdıÖgetay Kayalı tarafından yazılan tüm makaleleri gör