Kozmoloji

Astrofizik nedir?

Astrofizik; fizik ve kimya kanunlarının yardımıyla yıldızlar, gezegenler, galaksiler, bulutsular ve evrendeki diğer nesnelerin doğumu, yaşamı ve ölümünü açıklayan uzay bilimi dalıdır. Astrofizik; astronomi ve kozmolojiyle sürekli bir etkileşim içindedir.

En kalıplaşmış şekilde:

• Astronomi; pozisyonları, aydınlatma güçlerini, hareketleri ve diğer karakteristik özellikleri ölçer.
• Astrofizik evrendeki küçük ila orta büyüklükteki yapılar hakkında fiziksel teoriler oluşturur.
• Kozmoloji ise bunu evrendeki en büyük yapılar ve tüm evren için yapar.

Uygulamada bu alanlar birbirlerine sıkıca kenetlenmiştir. Bir bulutsunun pozisyonunu ya da hangi tür ışık yaydığını sorun, astronom daha önce cevap verebilir. Bulutsunun hangi maddeden ve nasıl oluştuğunu sorun, astrofizikçi konuşmaya başlayacaktır. Verilerin evrenin oluşumuyla nasıl uyduğunu sorun, kozmolog soruya önce atlayacaktır. Fakat dikkat edin,  bu sorulardan herhangi biri için ikisi ya da üçü hemencecik konuşmaya başlayacaktır.

Astrofiziğin hedefleri

Astrofizikçiler evreni ve evrendeki yerimizi anlamaya çalışır. NASA’nın internet sitesine göre NASA’daki astrofizikçilerin hedefleri evrenin nasıl işlediğini keşfetmek, nasıl başladığı ve geliştiğini araştırmak, diğer yıldızların etrafındaki gezegenlerde yaşam aramaktır.

NASA bu hedeflerin 3 geniş soru ürettiğini belirtiyor:

• Evren nasıl işliyor?
• Biz buraya nasıl geldik?
• Yalnız mıyız?

Newton’la başladı

Astronomi en eski bilimlerden biri iken teorik astrofizik Isaac Newton’la başladı. Newton’dan önce astronomlar gök cisimlerinin hareketlerini  fiziksel bir temel olmadan kompleks matematik modeller kullanarak açıklıyorlardı. Newton uydu ve gezegenlerin yörüngelerini ve Dünya’da atılan bir güllenin izlediği yolu aynı anda açıklayan tek bir teori olduğunu gösterdi. Bunun sonucunda Dünya ve gökyüzü için aynı fiziksel kanunların geçerli olduğunu şaşırtıcı bir şekilde kanıtladı.

Muhtemelen Newton’un modelini diğer önceki modellerden ayıran özellik öngörücü olmakla beraber betimleyici olmasıdır. Uranüs’ün yörüngesindeki sapmalara dayanarak astronomlar yeni bir gezegenin pozisyonunu öngördü, yapılan gözlemlerden sonra bu gezene Neptün adı verildi. Öngörücü olmakla beraber betimleyici olmak bir modern bilim işareti ve astrofizik de bu kategoride.

Astrofizikteki dönüm noktaları

Uzaktaki cisimlerle etkileşime geçmenin tek yolu yaydıkları radyasyonu gözlemlemektir. Çoğu astrofizikçi bunu radyasyon üreten mekanizmaları açıklayan teoriler ortaya çıkararak ve bundan en fazla bilgiyi nasıl çıkaracağımızla ilgili fikirler sağlayarak yapmak zorunda. Yıldızların doğasıyla ilgili ilk fikirler, 19. yüzyılın ortalarında, çiçeği burnunda bir bilim olan spektral analizden elde edilmiştir. Spektral analiz, belirli maddelerin ısıtıldıklarında absorbe ettikleri ve yaydıkları belirli ışık frekanslarını gözlemlemedir. Spektral analiz, hem yeni teorileri yönlendiren hem de test eden uzay bilimleri üçlüsü için önemlidir.

İlkel spektroskopi, yıldızlarda da Dünya’da bulunan maddeler olduğunu ilk kanıtlayan çalışmaydı. Spektroskopi, bazı bulutsuların tamamen gaz halindeyken bazılarının ise yıldız içerdiğini gösterdi. Bu daha sonra, bazı bulutsuların aslında bulutsu olmadığı fikrini pekiştirdi. Peki onlar neydi? Onlar başka galaksilerdi!

1920’lerin başlarında, Cecilia Payne, spektroskopi kullanarak yıldızların ağırlıklı olarak hidrojenden oluştuğunu (en azından yaşlılıklarına kadar) keşfetti. Ayrıca yıldızların spektrumları astrofizikçilere yıldızların Dünya’ya doğru ya da Dünya’dan uzağa ne kadar hızla hareket ettiklerini belirlemelerine yardımcı oldu. Doppler kayması nedeniyle, bir aracın yaydığı sesin bize doğru gelirken ya da bizden uzaklaşırken değişmesi gibi yıldızların spektrumları da aynı şekilde değişecektir. 1930’larda Edwin Hubble, Doppler kayması ve Einstein’ın genel görelilik teorisini birleştirerek evrenin genişlediğine dair sağlam kanıtlar bulmuştur. Bu Einstein’ın teorisi tarafından da öngörülüyordu ve birlikte Big Bang Teorisinin temelini oluşturuyorlar.

Ayrıca 19. yüzyılın ortalarında, fizikçiler Lord Kelvin (William Thomson) ve Gustav Von Helmholtz, kütleçekimsel çökmenin Güneş’e güç sağlayabileceği tahmininde bulundular, fakat eninde sonunda bu şekilde üretilen enerjinin sadece 100.000 yıl yeteceğini fark ettiler. Elli yıl sonra, Einstein’ın ünlü E = mc² denklemi, astrofizikçilere, gerçek enerji kaynağının ne olabileceğine dair ilk kanıtı sundu (her ne kadar kütleçekimsel çökmenin önemli bir rol oynadığı ortaya çıksa da). Nükleer fizik, kuantum mekaniği ve parçacık fiziği, 20. yüzyılın ilk yarısında gelişmesinden dolayı nükleer füzyonun yıldızlara nasıl güç sağlayabileceğine dair teorileri formüle etmek mümkün hale geldi. Bu teoriler, yıldızların nasıl oluştuğunu, yaşadığını ve öldüğünü tanımlıyor ve aynı zamanda yıldız türlerinin spektrumları, aydınlatma güçleri, yaşları ve diğer özelliklerinde gözlenen dağılımı başarılı bir şekilde açıklar.

Astrofizik, yıldızların ve evrendeki diğer uzaktaki cisimlerin fiziğidir, fakat aynı zamanda Dünya’ya da yakındır. Big Bang Teorisine göre, ilk yıldızlar neredeyse tamamen hidrojenden oluşuyordu. Onlara enerji sağlayan nükleer füzyon süreci, daha ağır bir element olan helyumu oluşturmak için hidrojen atomlarını çarpıştırır. 1957 yılında, ikisi de astronom olan karı koca Geoffrey ve Margaret Burbidge, fizikçi William Alfred Fowler ve Fred Hoyle ile birlikte yıldızların yaşlandıkça nasıl daha da ağır olan elementleri oluşturduğunu gösterdiler. Sadece daha yakın tarihli yıldızların yaşamlarının son aşamalarında, Dünya’yı oluşturan elementlerin(örnek olarak demir (%32,1), oksijen (%30,1), silisyum (%15,1)) üretildiği görülmektedir. Bu elementlerden biri olan karbon, oksijen ile birlikte, biz de dahil olmak üzere tüm canlıların en önemli kısmını oluşturuyor. Böylelikle, astrofizik tamamen yıldız olmasak da tamamen yıldız tozundan olduğumuzu bize söylüyor.

Kariyer olarak astrofizik

Astrofizikçi olmak için yıllarca gözlem yapmak, çalışmak ve deneyim kazanmak gerekiyor. Fakat ortaokul ve lisede bile astronomi kulüplerine katılarak, yerel astronomi etkinliklerine giderek, astronomi ve astrofizik alanında ücretsiz çevrimiçi dersler alarak ve Space.com gibi web sitelerindek ilgili haberleri takip ederek az da olsa işin içine girebilirsiniz.

Üniversitede öğrenciler astrofizikte doktora yapmayı ve daha sonra astrofizikte doktora sonrası bir pozisyonda görev almayı hedeflemelidir. Astrofizikçiler devlette, üniversite laboratuvarlarında ve bazen de özel organizasyonlarda çalışabilirler.

Study.com, astrofizikçi olma yolunda ilerlemeniz için aşağıdaki adımları önermektedir:

Lise boyunca matematik ve fen dersleri alın. Çok çeşitli fen dersleri aldığınızdan emin olun. Astronomi ve astrofizik, evrendeki fenomenleri daha iyi anlamak için sık sık biyoloji, kimya ve diğer bilimlerin öğelerini birleştirir. Ayrıca matematik ve fen alanında herhangi bir yaz işini veya stajı göz önünde bulundurun. Gönüllü çalışma öz geçmişinizi desteklemede yardımcı olabilir.

Matematik ya da fenle ilgili bir lisans derecesine devam edin. Astrofizikte lisans ideal olmasına karşın o alana başka birçok yol var. Bilgisayar bilimlerinde ön lisans ve lisans eğitimi alabilirsiniz. Örneğin bu, verileri analiz etmenize yardımcı olmanız önemlidir. Hangi programların size yardımcı olabileceğini öğrenmek için lise rehberlik danışmanı veya yerel üniversitenizle konuşmak en iyi yoldur.

Araştırma fırsatlarından yararlanın. Pek çok üniversitede öğrencilerin keşiflere katılabildiği ve hatta bazen bu çalışmaların yayınlandığı laboratuvarlar vardır. NASA gibi ajanslar da zaman zaman staj imkanı sunuyor.

Astrofizikte doktora yapın. Doktora meşakatli bir yol fakat ABD İşçi İstatistikleri Bürosu, astrofizikçilerin büyük çoğunluğunun doktora yaptığını belirtiyor. Geniş bir bilgi tabanına sahip olmak için astronomi, bilgisayar bilimi, matematik, fizik ve istatistik dersleri aldığınızdan emin olun.

2015 yılında, o zamanlar Arizona Eyalet Üniversitesinde olan gezegensel astrofizikçi Natalie Hinkel Lifehacker’a ayrıntılı bir röportaj verdi. Bu röportaj, genç bir astrofizik araştırmacı olmanın müfakatları ve zorlukları hakkında insanlara fikir sağladı. Araştırmasını yaptığı uzun yılları, sık sık iş değiştirmesini, çalışma saatlerini ve rekabetçi bir alanda kadın olmanın nasıl bir şey olduğunu anlattı. Ayrıca, günlük yaptığı şeylere dair ilginç bir bakış açısı vardı. Zamanının çok az bir kısmını teleskop kullanarak harcıyor.

Hinkel, Lifehacker’a verdiği röportajda “Zamanımın çok büyük bir kısmını programlamayla uğraşarak geçiriyorum. Pek çok insan astronomların bütün zamanını teleskop kullanarak geçirdiği sanıyor fakat o, işin hiç değilse küçük bir kısmı. Bazı gözlemler yapıyorum fakat son birkaç yılda toplam yaklaşık iki hafta için iki kez gözlem yaptım.” diyor.

“Bir veri aldığında onu kısaltman (örneğin kötü kısımlarını çıkartarak ve onu gerçeğe uygun hale getirerek), diğer verilerle ilişkilendirerek büyük resmi görmen ve daha sonra bulgularını kağıda yazman lazım. Her gözlem çalışması tipik olarak çoklu yıldızlardan veri sağladığından yeterli iş yapmak için tüm zamanınızı teleskopta harcamanıza gerek kalmıyor.”

Kaynakça:

https://www.space.com/26218-astrophysics.html

Yazan: Ahmet Arda Pektaş