Saniyede yaklaşık 300 bin kilometrelik hızıyla, ışık hızının boşlukta başka hiçbir cisim tarafından geçilemeyeceğini biliyoruz. Ancak uzayda gözlemlediğimiz, ışık yankısı gibi bazı olaylar zaman zaman bildiklerimize meydan okumayı başarıyor ve bizi daha dikkatli düşünmemiz konusunda adeta uyarıyor. 

Yukarıdaki fotoğrafta gördüğünüz bu yıldızın ismi V838 Monocerotis. 1989 yılının Mayıs ayında çekilen bu fotoğrafta, oldukça sıradan bir yıldız gibi görünse de, Mart 2002 yılında çekilen fotoğrafta parlaklığının çok ciddi bir oranda arttığını görebiliyoruz. Bu kırmızı süperdev yıldız bir anda Samanyolu Galaksisi’ndeki en parlak yıldız haline gelmiş, ardından, kısa süredeyse yeniden solmuştu. 

Hubble Uzay Teleskobu tarafından Mayıs 2002 yılında çekilen görüntülerdeyse etrafındaki gaz ve toz bulutu açığa çıkmıştı. Ve bu gaz ve toz bulutu aynı yılın Aralık ayında giderek dağılmış ve genişlemişti. Ancak burada ciddi bir sorunumuz var. Çünkü gördüğümüz bu gaz ve toz bulutunun ilk fotoğraftaki genişliği 4 ışık yılı iken, son fotoğrafa kadar 7 ışık yılı genişliğe ulaşıyor. Yani 3 ışık yılı kadar genişliyor.

Ancak unutmayın; 1 ışık yılı, ışığın 1 yılda alabileceği maksimum mesafeyi ifade eder. Yani evrendeki hiçbir cisim 1 ışık yıllık mesafeye, 1 yıldan daha kısa sürede ulaşamaz. Ancak gaz bulutunun görüldüğü ilk fotoğraf ile son fotoğraf arasında yalnızca 7 ay var. Yani bildiğimiz fizik yasalarına göre, hareket eden gaz ve tozların ışık hızında seyahat ettiğini varsaysak bile bu genişlemeyi 7 aylık süre içerisinde değil, en az 3 yılda gözlemleyebilmemiz gerekirdi. Bu durumda, buradaki gaz ve tozun bırakın ışık hızına ulaşmayı ışık hızından çok daha hızlı hareket ettiğini görebiliyoruz. İyi de, kütlesiz parçacıklar olan fotonlardan oluşan ışık bile bu mesafeyi ancak 3 yılda kapatabilirken, kütleli cisimlerden oluşan gaz ve tozlar nasıl oluyor da sadece 7 ay içerisinde bu kadar genişleyebiliyor ve ışık hızına meydan okuyabiliyor? 

Işık Hızı ve Ses Hızı Ne Kadar Hızlı?

Işık hızı her ne kadar evrenin hız limiti olsa da astronomik ölçüde zannettiğimiz kadar hızlı değil. Hatta aslında ışık hızı öylesine yavaş ki birkaç milyon ışık yılı uzaklıkta patlayan bir yıldızın ışığının bize ulaşması için milyonlarca yıl beklememiz gerekiyor. Ayrıca ışığın gaz ve tozlarla etkileşime girerek yansıtılabiliyor olması, bazen bu bekleyişin düşündüğümüzden daha da uzun sürmesine yol açabiliyor. Aslında burada tam olarak ışık yankısı kavramından bahsediyoruz. Işık yankısını daha iyi anlayabilmek için önce günlük hayatta daha aşina olduğumuz ses üzerinden gidelim. 

Ses, 20 santigrat derecelik sıcaklığın bulunduğu hava ortamında saniyede 343 metre hızla seyahat edebiliyor. Aynı zamanda ses, uzak cisimlere çarpıp geri döndüğünde ses yankısını meydana getiriyor. Ses yankısını günlük hayatta belirgin biçimde deneyimleyebilmemizin sebebi, ses hızının Dünya ölçeğinde oldukça yavaş olmasından kaynaklanıyor. Öyle ki günümüzde ses hızını artık jet uçaklar bile geçebiliyor. Ancak en önemlisi ses yankısı, ses hızı limitli olduğu için oluşur. Peki ışık hızında durumlar ne? Evet, belki ışık hızı yaşadığımız Dünya ölçeğine göre aşırı hızlı görünüyor olabilir ama ışık hızının da bir limiti var, yani sonsuz bir hıza sahip değil. Bu durumda, eğer ışık da sonlu bir hıza sahipse ve cisimlere çarparak yansıyorsa yeterince uzak mesafelerden, ışığın yankısını da deneyimleyebiliriz. 

Işık Yankısı Nasıl Oluşuyor?

V838 Monocerotis¹ yıldızının etrafında gerçekleşen olay da aslında ışık yankısının harika bir örneği. Başlangıçta, yıldızın parlaklık artışının sebebinin bir nova olduğunu zannedilmişti. Süpernovalardan farklı olan nova patlamalarında, bir kırmızı dev yıldız ile beyaz cücenin birleşmesi sonucunda parlaklık artışı meydana geliyor. Ancak araştırmalar, bu olayın bir nova olmadığını gösterdi. Ayrıca bu bir yıldızın patlaması sonucu oluşan bir süpernova patlaması da değildi. Bu patlama, iki yıldızın birleşmesi sonucu oluşan ve parlak kırmızı nova adı verilen bir olay sonucunda oluşmuştu.

Kaydedilen görüntülerde, bu patlama sonucu gaz ve tozun dışarı yayıldığını görüyor gibi olsak da aslında gördüğümüz bu gaz ve tozlar zaten patlamadan 3 ila 8 milyon yıl önce, olduğu gibi duruyordu. Ancak patlama sonucu dairesel biçimde yayılan ışıklar, bu gaz ve tozu aşamalı olarak aydınlattı. Patlayan yıldızın ışığı bize daha önce ulaştığı için önce sadece yıldızın patladığını gördük, ardından ise patlamanın ışıkları gaz ve tozlara çarparak yansıdı ve merkezdeki ışıklara göre Dünya’ya biraz daha geç ulaştı. Bu sayede, Dünya’dan baktığımızda çok kısa süre içerisinde genişleyen gaz ve toz hareketini görmüş olduk.²

Yani aslında bu gaz ve toz hareket halinde bile değil. Işık parçacıkları, çok uzun bir süre önce oluşmuş bu bulutsu yapısını aşamalı olarak aydınlatıyor. Bu yüzden bizim bakış açımıza göre gökyüzünde aynı noktada bulunan bazı ışık parçacıkları, uzaktaki ışık parçacıklarına göre daha önce Dünya’ya ulaşıyor. Bu da ışık hızının aşıldığı yanılgısını yaratıyor ama gerçekte ışık hızını geçen herhangi bir etki söz konusu değil. Başka bir deyişle, ne gaz ve toz bulutları ne de ışığın kendisi 3 ışık yıllık mesafeyi, 7 ay içerisinde seyahat etmiyor. Sadece biz, ışık yankısı yüzünden, Dünya’daki bakış açımıza göre öyleymiş gibi algılıyoruz. Yani bu bir tür geometrik illüzyon.  

Başka bir ışık yankısına örnek olarak Büyük Ayı Takımyıldızı’nda 11.4 milyon ışık yılı uzaklıktaki M82 Galaksisinde meydana gelen SN2014J³ süpernova patlamasını gösterebiliriz. Bu defa 300 ışık yılından 1600 ışık yılı uzaklığa kadar yayılan gaz ve tozu görebiliyoruz. Ancak 3 yıl boyunca elde edilen görüntülerden görüyoruz ki, merkezden yayılan ışığın bir kısmının, etraftaki gaz ve toza çarparak yansıması nedeniyle, yıldızın parlaklığı düştükten sonra yankı devam ediyor.

Daha anlaşılır bir örnek olması açısından içinde bulunduğu bulutsuyu da hali hazırda görebildiğimiz bir yıldız yankısına bakalım. 6.500 ışık yılı uzaklıktaki RS Puppis yıldızı, bir Cepheid (Sefe) değişkeni.⁴ Yıldızlar, enerjisini ve parlaklığını sağlamak için çekirdeğindeki yakıtı tüketir. Ancak Cepheid değişkeni olarak sınıflandırılan bazı yıldızlar, yakıt olarak kullandıkları Hidrojeni tükettiklerinde kararsız hale gelirler. Yani birkaç gün veya hafta aralıklarla genişler, küçülür ve bunu yaparken kısa aralıklarla parlaklıkları da sürekli değişir. Cepheid değişkenlerinden biri olan Rs Puppis’in  parlaklığı da 6 haftalık aralıklarla sürekli değişiyor. Bu parlaklık değişimi de ışık yankısının gözlemlenebilmesi için harika bir fırsat yaratıyor. Yıldızın parlaklığı arttıkça sanki yıldızdan dışarıya doğru bir şeyler fırlatılıyormuş gibi bir illüzyon meydana geliyor. Ancak artık kavradığımız üzere bu, ışık yankısı dediğimiz olayın ta kendisi.

Zaman Makinesi Görevi Gören Işık Yankıları

Işık yankılarının nasıl birer zaman makinesi olarak kullanılabileceğinin bir örneği, Tycho Brahe’nin gözlemlediği SN1572 süpernova kalıntısı... Danimarkalı astronom Tycho Brahe, 1572 yılında Kraliçe Takımyıldızı bölgesinde çok parlak bir yıldız gördüğünü kaydetti. Kopernik gibi bilim insanlarının öncülük ettiği astronomi devrimi, Brahe’nin bu keşfiyle birlikte başka bir boyut kazanacaktı. Çünkü Brahe’nin keşfettiği bu yıldız, Güneş'in ve gezegenlerin ötesindeki evrenin değişmeyen bir sistem olduğu inancıyla ters düşüyordu. 

Elbette bugün biliyoruz ki Tycho Brahe’nin yıldız zannettiği şey bir yıldız değil, süpernova kalıntısıydı.⁵ Bir beyaz cüce yıldız, diğer bir yıldızla birleşmesi sonucu kütle kazanarak kendi içine çökmüş ve patlamıştı. Bu yüzden 1574 yılına kadar gökyüzünde Venüs’ten bile daha parlak biçimde görülebilmişti. Brahe’nin 1572 yılından gözlemlediği patlamadan yayılan bir ışık dalgası, süpernovanın etrafında yüzlerce ışık yılı uzaklıkta yoğun bir gaz bulutuna çarpmış ve 436 yıl sonra Dünya’ya ulaşmıştı. Bu patlamanın yankısı 2008 yılında Dünya’ya ulaştığında, astronomlar aslında süpernovadan yayılan ilk ışıkları yeniden inceleme şansı bulmuş oldular. Başka bir deyişle, süpernova patlamasından yayılan ve Tycho Brahe’nin gözlerine ulaşan ışıkların bir kısmı uzayda 436 yıl boyunca seyahat etti, yansıdı ve aynı ışıklar 2008 yılında yeniden Dünya’ya ulaştı. 

Işık Yankıları İle Haritalama

Bu ışık yankıları, evrendeki gök cisimlerinin üç boyutlu haritalarını çıkarmak için de harika bir fırsat yaratıyor. Gökyüzünde bir cismin ne kadar uzakta olduğunu, gök cisminin gerçek parlaklığı ve görünen parlaklığını dikkate alarak hesaplayabilirsiniz. Kara delikler gibi ışık yaymayan gök cisimlerinin parlaklığını ölçmek çok zordur. Ancak kara deliklerin yığılma diskinin üzerinde atomaltı parçacıkların oluşturduğu bir korona katmanı bulunur. 1 milyar santigrat derece sıcaklığa ulaşabilen bu katman yüksek enerjilerde parlar. Bu parlamalar sayesinde ortaya çıkan ışık, yığılma diski nedeniyle yankılanarak, kara deliğin yığılma diskinin üç boyutlu haritasının ortaya çıkarılmasıyla birlikte, uzaklık ölçümünün de yapılmasını da sağlar. İşte buna yankı haritalaması adı veriliyor ve bu sayede astronomlar, bugüne dek 500 civarı galakside bulunan kara deliğin parlaklığını hesaplayarak, bu galaksilerin Dünya’ya olan uzaklıklarını da ölçtüler.

Yani ışık yankısı, bir tür zaman makinesi görevi görmesiyle birlikte, evrendeki gök cisimlerini daha iyi anlayabilmemiz ve evrenin 3 boyutlu haritasını oluşturabilmemiz için bize büyük ipuçları sağlamaya devam ediyor.

Kemal Cihat Toprakçı

1. Garner, R. (2017, Şubat 21). Discoveries - Seeing Light Echoes NASA. https://www.nasa.gov/content/discoveries-highlights-seeing-light-echoes.
2. Illustration of a Light Echo. NASA/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC) https://www.spitzer.caltech.edu/image/ssc2005-14d-illustration-of-a-light-echo.
3. Hille, K. (2017, Kasım 9). Hubble Shows Light Echo Expanding from Exploded Star. NASA. https://www.nasa.gov/image-feature/goddard/2017/hubble-shows-light-echo-expanding-from-exploded-star.
4. ESA Science & Technology - RS Puppis puts on a spectacular light show. https://sci.esa.int/web/hubble/-/53464-rs-puppis-puts-on-a-spectacular-light-show-heic1323.
5. Smith, Y. (2019, Ekim 18). The Tycho Supernova: Death of a Star. NASA. https://www.nasa.gov/image-feature/the-tycho-supernova-death-of-a-star.