Jordan Strickler
Keith Taylor ve Mike Scarrott’ın, Avustralya’nın Yeni Güney Galler eyaletine bağlı Coonabarabran kentinin çabucak kıyısında bulunan Siding Spring Gözlemevi’nde astronomi tarihindeki en dikkat alımlı bulutsulardan birini birinci keşfettiklerinde, takvimler 1980 yılını gösteriyordu. O vakit kullanılan teleskopların yetersizliği yüzünden, gökbilimciler iki lobunda bumerang gibisi kavisli bir hal barındıran küçük bir asimetrik manzara görebildiler. Hâl böyleyken, bu objeye, formuna uygun biçimde Bumerang Bulutsusu ismini verdiler. Bununla birlikte, araştırmacılar, yaptıkları keşifte görünenden çok daha fazlasının olduğundan şimdi haberdar değillerdi. İlerleyen vakitte, tabiatta bulunan en soğuk yeri keşfettikleri anlaşılacaktı.
Bulutsudaki sıcaklık o derece düşük ki, en kalın yünlü hırkalar bile sizi muhafazaya yetmez. Burada parçacıklar en düşük kuantum suratına yaklaşır ve ortam ısısı sırf 1 Kelvin derecedir (yaklaşık -272 Santigrat derece) Kıyaslama yapmanız için; Büyük Patlama’dan geriye kalan art plan ışıması olan Kozmik Mikrodalga Art Planı (SPK) yaklaşık 2,8 Kelvin derece, yani -270 santigrat derecedir. Bumerang Bulutsusu, kainatta SPK’dan daha soğuk olduğu bilinen yegâne gökcismidir.
KENDİ KENDİNİ SOĞUTAN BİR DÜZENEĞE SAHİP
Bu ısının ne kadar düşük olduğuna ait bir fikir edinmek için, ‘mutlak sıfırda’ (-460 Fahrenheit ya da -273 Santigrat derecede), parçacıklar titreşmeyi bıraktığından, atomik hareketlerin tamamı durma noktasına gelir.
Centaurus (Erboğa) takımyıldızında bulunan Bumerang Bulutsusu, Dünya’dan 5 bin ışıkyılı arada bulunuyor. Sadece 1 Kelvin derecedeyken (-457,87 Fahrenheit/-272,15 Santigrat derece), ortalama 2,7 Kelvin (-454,81 Fahrenheit/-270,7 Santigrat derece) civarında olduğunu düşünülen uzayın kendi art plan sıcaklığından bile daha soğuk.
Taylor ve Scarrot’ın bu durumu keşfetmesinden sonra yapılan müşahedeler, onun ‘gezegen öncesi’ bir bulutsu olduğunu ortaya çıkardı. O, çekirdeğin ömrünün sonuna yaklaşanı ve bulutsuyu süratle dağılan gazlarla genişleten, tepe noktasındayken Güneş’e benzeyen bir yıldızdı.
Bumerang’dan uzaya yayılan unsurlar saatte yaklaşık 500 bin km süratle genişliyor ve bu süreç zarfında kendi kendini soğutuyor. Bu, temelde, buzdolaplarının düşük ısılar üretmek için genleşen gazları kullanma tekniğini andırıyor. Araştırmacılar, 2.8 Kelvin derece (-455 Fahrenheit/-270.56 santigrat derece) üzere ziyadesiyle sabit bir ısıya sahip olan kozmik mikrodalga art plan radyasyonunu nasıl soğurduğunu gözlemleyerek, bulutsudaki gazın ısısını ölçmeyi başardılar.
Gökbilimciler, 2013 yılında Şili’de bulunan Atacama Büyük Milimetre/milimetre altı Dizisi (ALMA) teleskobunu kullanarak, ısıl özellikleriyle ilgili daha fazla bilgiye ulaşmak ve bir hayaleti andıran ürkütücü bir görünüme sahip gerçek halini belirlemek hedefiyle bu obje üzerinde yeni müşahedeler gerçekleştirdiler. Sonuçta, bulutsunun biçiminin bir bumerangdan çok bir kum saatine benzediği açığa çıktı.
ŞEKLİ GELİŞMİŞ TELESKOPLAR SAYESİNDE ANLAŞILDI
ABD’nin Kaliforniya eyaletine bağlı Pasadena kentinde bulunan NASA’ya ilişkin Jet İtiş Laboratuvarı’nda araştırmacı ve baş bilim insanı, birebir vakitte Astrophysical Journal mecmuasında yayınlanan makalenin başyazarı olan Raghvendra Sahai, “Bu çok soğuk obje son derece farklı ve ALMA ile onun gerçek tabiatına dair çok daha fazla şey öğreniyoruz” diyor: “Dünya tabanlı optik teleskoplardan çift çıkıntı ya da bumerang üzere görünen şey, gerçekte hızla uzaya gerçek genişleyen, çok daha geniş ölçekli bir yapı.”
Avustralyalılar birinci defa yer tabanlı teleskoplarla bu durumu gözlemlediği sırada bulutsu tek taraflı görünüyordu ama daha sonra, 2005 yılında NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu aracılığıyla gerçekleştirilen müşahedeler, gazın yüksek hızla etrafa saçılmasıyla biçimlenen papyon gibisi bir yapıyı gözler önüne serdi. Bununla birlikte, ALMA sayesinde elde edilen yeni bilgiler, Hubble’ın sağladığı manzaranın de kıssanın yalnızca bir kısmını aktardığını ve fotoğrafta görülen ikiz çıkıntıların aslında görünür dalga uzunluklarında görüldüğü haliyle bir ışık oyunu olabileceğini açığa çıkardı.
Aslında araştırmacıların bu papyon halini daha soğuk dalga uzunluklarında da görmesi gerekirdi fakat öteki milimetre altı teleskoplarla gerçekleştirilen müşahedeler bundan biraz daha farklı bir hal açığa çıkardı. Şu an için milimetre altı dalga uzunluğunda en yüksek çözünürlüğe sahip olan ALMA, bu sırrı ortaya çıkarmayı başardı.
Bulutsunun bu ışık dalga uzunluğunda çok parlak görünen uzaya saçılmış husus birikintisi içinde bulunan karbon monoksit molekülleri, bulutsunun iç kısımlarında bir kum saati biçimine sahipti. Sonrasında, moleküller daha yuvarlak bir biçim alıyordu. Tıpkı esnada, yıldızın etrafındaki milimetre dalga uzunluklarında da görülebilen toz taneleri yıldızdan yayılan ışığın bir kısmını görünür dalga uzunluklarında engelleyerek, bir kum saati üzere görünmesine neden oluyordu.
Sahai, “Gökbilimciler 2003 yılında Hubble ile bu objeye baktıkları vakit ziyadesiyle alışılmış bir ‘kum saati’ formu gördüler” diyor: “Pek çok gezegen bulutsusu, yıldızdan uzaya saçılan hızlı gaz akışlarının bir sonucu olan tıpkı çift çıkıntılı görünümü stantlar. Daha sonra, bu jet akımları, şimdi ömrünün başlarında kırmızı bir devken yıldız tarafından etrafa saçılan ve onu çevreleyen gaz bulutunda delikler açar.”
TÜRÜNÜN TEK ÖRNEĞİ
ALMA’yı kullanan araştırmacılar bunun yanı sıra, yıldızın etrafını saran ve milimetre büyüklüğündeki toz tanelerinden oluşan ağır bir şerit keşfettiler; bu şerit, dış kısımdaki bulutun neden görünür ışıkta kum saati biçiminde olduğunu açıklıyordu. Toz taneleri, merkezdeki yıldızın bir kısmının görünmesini engelleyen ve ışığın buluta sadece dar ve aksi istikametlerde sızmasına imkân tanıyarak kum saati imajı veren bir cins maske oluşturuyordu.
Gökbilimciler, Bumerang Bulutsusu’nun, bir yıldız hayatının sonuna geldiği ve dış gaz katmanlarını uzaya saçtığı vakit oluşan ve bulutsunun parlamasına sebep olan bir tıp bulutsu olan ‘gezegensi bulutsu’ olma doğrultusunda ilerlediğini söz ediyorlar.
Bumerang, şu ana dek sıcaklığı Büyük Patlama’nın ardıl parlamasının altına düştüğüne şahit olduğumuz yegâne gezegen öncesi bulutsu.
Aslında ‘gezegensi bulutsusu’ terimi, gezegenlerle ya da öte gezegenlerle bir ilgisi olmadığından, yanlış bir isimlendirme. Tabirin kökeni büyük ihtimalle gökbilimciler tarafından ilkel teleskoplarla gözlemlendiği için bu bulutsuların gezegen gibisi yuvarlak halinden türetilmişti ve terminoloji yanlışlı olsa da hâlâ bilim insanlarınca kullanılıyor.
‘Gezegen öncesi bulutsu’ evresi, yıldızların evrim döngüsünde kısa bir vakit dilimidir. Bulutsunun merkezinde yer alan yaşlı yıldızın sıcak kalıntıları birkaç bin yıl için bulutsuyu ısıtır, gazı hareketlendirir ve akabinde bir gezegen bulutsusu olarak ışımasına yol açar. Gezegen öncesi bulutsuların kısa hayatı, rastgele bir vakit diliminde bunlardan görece az sayıda gökcisminin mevcut olduğu manasına gelir. Yanı sıra, ziyadesiyle solgundurlar ve görülebilmeleri için çok güçlü teleskoplara muhtaçlık vardır. Bu az bulunurluk ve solgunluğun karışımı, görece yakın bir devirde keşfedilmelerine neden olmuştur. Keşfedilen birinci bulutsu olan Yumurta Bulutsusu, şimdi 40 yıldan daha az bir mühlet evvel saptandı.
Bumerang Bulutsusu’nun ‘evrendeki en soğuk doğal alan’ olduğunun altını çizmek gerek. Gerçekteyse, en soğuk yer mükafatı, Cambridge’te bulunan Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT) laboratuvarına gidiyor.
Wolfgang Ketterle ve bir araştırma takımı, burada, 1995 yılında sodyum gazını mutlak sıfırın yalnızca milyarda yarısına dek soğutmayı başardı. Bu deneyde, tarihte birinci kere bir gaz 1 nanokelvinin (derecenin milyarda biri) altındaki bir ısıya ulaştırıldı.
Araştırma grubunun eş başkanı ve MIT’deki John D. MacArthur kürsüsünde fizik profesörü olan Nobel ödüllü Ketterle, “İlk sefer bir nanokelvinin altına inmek, 1600 metreyi dört dakikanın altında koşmak üzere bir şeydi” diyor.
ABD’nin Boulder kentindeki Colorado Üniversitesi’nden bir küme araştırmacıyla birlikte çalışan MIT takımı, muvaffakiyete ulaştıkları deneyde, parçacıkların bağımsız biçimde dolaşmak yerine birbirine koşut adımlarla yürüdüğü yeni bir husus tipi olan Bose-Einstein Yoğuşması’nı keşfetti.
Ekibin yarattığı bu sıçramadan beridir dünyadaki pek çok araştırma kümesi artık rutin biçimde nanokelvin seviyesindeki ısılara ulaşıyor; daha evvel açıklanan en düşük sıcaklık 1 nanokelvin seviyesindeydi. MIT grubunca kırılan rekor ise 500 ‘pikokelvin’, yani Bumerang Bulutsusu’ndan beş milyar kat daha soğuk bir düzeyde.
Böylesine düşük ısılarda atomlar duvarlara yapıştıracakları için fizikî kaplarda tutulamazlar. Dahası, bilinen hiçbir kap bu sıcaklıklara dek soğutulamaz. Bu yüzden, atomlar, gaz halindeki bulutu bir kapanda tutan mıknatıslarla çevrelenir. MIT’de fizik alanda yüksek lisansını sürdüren Aaron Leanhardt, “Alelade bir kapta parçacıklar duvarlardan seker. Bizim kabımızda ise atomlar manyetik alanlar tarafından itilir” diyor.
MIT araştırmacıları, bu ısılara ulaşmak maksadıyla ‘kütleçekimsel-manyetik tuzak’ diye isimlendirdikleri bir teknikle atomları hapsetmenin yeni bir yolunu icat ettiler. İsminden de anlaşılacağı üzere, bu manyetik alanlar, atomları hapsetmek için kütleçekimi kuvvetleriyle birlikte hareket eder.
Bunlar, cihandaki en soğuk yerlerden ikisi. Sizce de kusursuz, değil mi?
Yazının yepyenisi ZME Science sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)