Kozmik Sıcaklıklar Turu
Uzayı genellikle “soğuk” olarak düşünürüz, ancak sıcaklığı ziyaret ettiğiniz yere bağlı olarak çok fazla değişebilir. Dünya’da yaz ve kış arasındaki fark aşırı geliyorsa, evrendeki en soğuk ve en sıcak yerler arasındaki sıcaklık aralığı trilyonlarca derecedir!
Gökbilimciler, K sembolüyle gösterilen Kelvin sıcaklık ölçeğini kullanırlar. 1 K yukarı çıkmak, 1°C yukarı çıkmakla aynıdır, ancak ölçek 0 K veya -273°C’de başlar, buna mutlak sıfır da denir.
Bu, maddedeki atomların hareket etmeyi bıraktığı sıcaklıktır. Bu turda sıcaklıklarımızı Kelvin cinsinden ölçeceğiz, ancak daha tanıdık hale getirmek için onları dönüştüreceğiz!
O zaman en soğuk noktalardan şimdiye kadar ulaşılan en yüksek kozmik sıcaklıklara doğru bir tur atalım. Ölçeğin soğuk ucundan, Uluslararası Uzay İstasyonu’ndaki (ISS) Soğuk Atom Laboratuvarı’ndan (CAL) başlayalım.
Bu laboratuvar, atomları 0 K’nin on milyarda bir derece üzerine, yani mutlak sıfırın hemen üzerinde bir kesir seviyesine kadar soğutabiliyor.
XRISM’in içindeki Resolve sensörü biraz daha sıcaktır, “crism” olarak telaffuz edilir, X-ışını Görüntüleme ve Spektroskopi Görevi’nin kısaltmasıdır.
Bu, JAXA (Japonya Uzay Araştırma Ajansı) ile NASA ve ESA (Avrupa Uzay Ajansı) tarafından yönetilen uluslararası bir iş birliğidir.
Resolve, 0 K’nin yirmide bir derece üzerinde çalışır. Nedeni 36 pikseline çarpan tek tek X-ışınlarından kaynaklanan ısıyı ölçmek içindir.
Resolve ve CAL, evrendeki bilinen en soğuk bölge olan Boomerang Bulutsusu’ndan daha soğuktur, sadece 1 K!
Güneş benzeri bir yıldızdan kalan bu toz ve gaz bulutu Dünya’dan yaklaşık 5.000 ışık yılı uzaklıktadır.
Bilim insanları, derin uzayın doğal arka plan sıcaklığından neden daha soğuk olduğunu araştırmaktadır.
Evimize daha yakın bazı sıcaklıklardan bahsedelim. Buzlu gaz devi Neptün en soğuk büyük gezegendir. Atmosferindeki yükseklikte ortalama sıcaklığı 72 K’dir ve basıncı Dünya’daki deniz seviyesine eşittir.
Peki ya Dünya? NOAA’ya göre, Ölüm Vadisi 10 Temmuz 1913’te dünyanın yüzey hava sıcaklığı rekorunu kırdı. 330 K’lik bu rekor henüz kırılmadı – ancak son sıcak hava dalgaları buna yaklaştı.
Dünya’da ölçülen en düşük sıcaklığı merak ediyorsanız, bu 21 Temmuz 1983’te Antarktika’daki Vostok İstasyonu’nda 183,95 K (-89,2°C).
İnsan faaliyetleri nedeniyle gezegenimizin nasıl değiştiğini anlamak için Dünya’nın küresel ortalama sıcaklığını izliyoruz. Geçtiğimiz yıl, 2023, 1880’e kadar uzanan kayıtlarımızdaki en sıcak yıldı.
Gezegenimizin içi daha da sıcaktır. Dünya’nın iç çekirdeği, yarıçapı yaklaşık 1.221 km olan demir ve nikelden oluşan katı bir küredir. 5.600 K’ye kadar sıcaklıklara ulaşır.
Yıldızların gezegenimizden çok daha sıcak olduğunu biliyoruz, ancak Rigel’in yüzeyi Dünya’nın çekirdeğinin sıcaklığının yalnızca iki katıdır; 11.000 K. Rigel, Orion takımyıldızında bulunan genç, mavi bir yıldızdır ve gece gökyüzündeki en parlak yıldızlardan biridir.
Sıcaklıkları büyük ve küçük ölçeklerde incelenir. Evrendeki en bol bulunan element olan hidrojendeki elektronlar, iyonizasyon adı verilen bir işlemle yaklaşık 158.000 K’lık bir sıcaklıkta atomlarından ayrılır.
Bu elektronlar iyonize atomlarla tekrar birleştiğinde ışık üretilir. İyonizasyon, Orion Bulutsusu gibi bazı gaz ve toz bulutlarının parlamasını sağlayan şeydir.
Bir yıldızın yüzeyindeki sıcaklıktan söz edildi, ancak bir yıldızı çevreleyen madde çok, çok daha sıcak hale gelir! Güneşimizin yüzeyi yaklaşık 5.800 K’dir (5.500°C), ancak güneş atmosferinin korona adı verilen en dış tabakası milyonlarca Kelvin’e ulaşabilir.
Parker Güneş Sondası (PSP) 2021’de koronanın içinden geçen ilk uzay aracı oldu ve Güneş’in yüzeyinden neden çok daha sıcak olduğu gibi soruları yanıtlamamıza yardımcı oldu. Bu, güneş bilimcilerinin yıllardır çözmeye çalıştığı Güneş’in gizemlerinden biridir.
Daha sıcak bir yer mi arıyorsunuz? Yaklaşık 240 milyon ışık yılı uzaklıkta bulunan Perseus galaksi kümesi binlerce galaksi içerir. X-ışınında parlayan, on milyonlarca Kelvin’e kadar ısıtılmış geniş bir gaz bulutuyla çevrilidir.
Teleskoplarımız, muhtemelen milyarlarca yıl önce onu sıyıran daha küçük bir küme nedeniyle bu kümenin sıcak gazında yuvarlanan dev bir dalga buldu.
Şimdi işler gerçekten kızışmaya başlıyor! Büyük yıldızlar — Güneşimizin kütlesinin sekiz katı veya daha fazlasına sahip olanlar — yakıtları bittiğinde, bir gösteri yaparlar.
Kara deliklere veya nötron yıldızlarına dönüşme yolunda, bu yıldızlar bir süpernova patlamasında dış katmanlarını dökerler. Bu katmanlar 300 milyon K’ye kadar sıcaklıklara ulaşabilir!
Kara deliklerden söz etmeden kozmik sıcaklıkları keşfedemezdik. Bir şey bir kara deliğe çok yaklaştığında, üzerinde dönen konik bir korona bulunan sıcak, yörüngedeki bir enkaz diskinin parçası haline gelebilir.
Malzeme çalkalandıkça ısınır ve ışık yayarak parlamasını sağlar. Bir milyar Kelvin sıcaklığa ulaşabilen bu sıcak ortam, kendileri ışık yaymasalar bile kara delikleri bulmamıza ve incelememize yardımcı olur.
Turumuzun başında bahsedilen JAXA’nın XRISM teleskobu, bu ilgi çekici, aşırı nesnelerin etrafındaki kavurucu koşulları keşfetmek için süper soğuk Resove detektörünü kullanır.
Evrenimizin kökenleri daha da sıcaktır. Büyük patlamadan sadece bir saniye sonra, minik, bebek evrenimiz aşırı sıcak -yaklaşık 10 milyar K- bir ışık ve parçacık “çorbasından” oluşuyordu.
İlk elementler oluşmadan önce birkaç dakika soğuması gerekiyordu. Görebildiğimiz en eski ışık olan kozmik mikrodalga zemin ışınımı, büyük patlamadan yaklaşık 380.000 yıl sonrasına aittir ve bize bu erken anlardan kalan ısıyı gösterir.
Uzak mesafe ve zaman açısından çok yol kat ettik. Ama sıcaklık maceramızın son noktası Dünya’da! Bilim insanları, erken evrenin koşullarını simüle etmek, minik parçacıkları süper hızlarda bir araya getirmek için CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısını kullanır.
2012’de, 5 trilyon K’nin üzerinde bir plazma ürettiler ve insan yapımı en yüksek sıcaklık için dünya rekoru kırdılar.
Çığır açan JWST sayesinde, derin uzay ve kökenleri hakkında daha iyi bir bilgi edinmenin yalnızca başlangıcıydı bu gözlem.