ASTROFİZİK

Astrofizik Nedir?

Astrofizik; gök cisimlerinin ve gökte meydana gelen olayların yapılarını, fiziksel ve kimyasal özelliklerini inceleyen astronomi dalıdır. İlgili incelemeler açısından tek bilgi kaynağı, gök cisimlerinden yayılan elektromanyetik dalgalar ve ışıktır. Elektromanyetik dalgaları tespit eden araçlar sayesinde elde edilen bulgular, fizik ve kimya alanında elde edilen sonuçlarla karşılaştırılır ve değerlendirilir.

Astrofiziğin Doğuşu ve Tarihçesi

Pozisyon astronomisi yani gök cisimlerinin birbirine göre olan konumlarını açıklayan konumsal astronominin kökü, çok eski tarihlere kadar gitmektedir. İnsanlık, ışıklı gökcisimlerinin gökyüzünde hareket etmediklerini ve bazılarının da yerlerini hızlıca değiştirdiklerini fark etmiştir. Bu duruma bağlı olarak da gezegenler ile sabit yıldızlar arasında bir ayrım olduğunu anlamışlardır. Yaradılıştan gelen araştırma ve merak arzusu, insanları bu cisimlerin ne oldukları hakkında bir sonuca ulaşmak için çalışmaya itmiştir.

Özellikle Müslüman toplumlar insan doğasındaki bu araştırma ve merak arzusunu kutsal kitaptaki “Gökleri, yerleri, canlıları araştırınız. Gördüklerinizin özünü ve içini inceleyiniz. Tüm bunlara yerleştirdiğim gücümü, büyüklüğümü, hakimiyetimi ve kudretimi bulunuz, görünüz ve anlayınız” mealinde yer alan emirlere uygun şekilde kullanmışlar, gökyüzünü sürekli olarak incelemişler ve astronomi biliminin sağlam temellere oturtulmasını sağlamışlardır. Bu doğrultudaki araştırmalar, gökteki cisimlerin magnitude (kadir) olarak adlandırılan, görülen ışıklarına göre gruplandırılmış ve astronomik fotometrinin doğması ile çoğalmıştır. Gelen parlaklığın, hassas sıcaklık ölçme teknikleriyle bolometrik olarak incelenmesi sonucunda da gök cisimlerinin sıcaklığı tahmin edilmiştir.

Fotometrik araştırmalar ile bir yıldızın mesafesi biliniyorsa, yaydığı parlaklık (entrensek parlaklık) ve toplam enerji de hesaplanabilir. Bu parlaklığın zamanla farklılaşması, yıldızların oluşumu ve gelişimi hakkında fikir verir. Bu tarz araştırmalar nova ve süpernovaların, gökyüzünde yanıp sönen gibi görülen pulsating star olarak adlandırılan yıldızın ortaya çıkmasına ışık tutmuştur. Yine yapılan bu araştırmalar göstermiştir ki, gökcisimleri arasında olan büyük açıklıklar doludur. Gaz ve tozların mavi ışığı kırması sonucu, uzak ve mavi olan yıldızlar kırmızıymış gibi görünürler.

Uzay tozu içerisindeki kristaller de manyetik alanların etkisi ile yönlenerek oluşurlar. Bu yönlenme sonucunda ışığın polarizasyon durumu ortaya çıkar. Işık, aynı zamanda yer atmosferi tarafından absorbe edilir ve dünyadaki herhangi bir gözlemciye ulaşan ışık, kaynağının ne olduğunu açıkça göstermez. Buna rağmen, gök cisimlerinin ve özellikle de güneş ve ayın, farklı dalga boylarında olan ışıklarını inceleyen yüzey fotometresi, gezegenlerin ve yakın olan yıldızların yapıları hakkında oldukça önemli bilgiler vermiştir.

Tayf (Spektroskopik) Gözlemler

Gök cisimlerinden ulaşan ışığın değişime uğramadan tespit edilmesi, uzay istasyonlarının ve uzay araçlarının bulunması ile mümkün olmuştur. 1802 yılında Wollaston ve Newton ile başlayıp, 1817 yılında Von Fraunhofer ve 1861 yılında da Kirchoff tarafından devam ettirilen çalışmalar ile gök cisimlerinin belli bir dalga boyunda elektromanyetik dalga yaydıkları ve radyasyonu yuttukları ortaya çıkmıştır.

Her bir molekülün ya da elementin yaydığı ışık veya elektromanyetik dalga tayfı (spektrumu), o molekül veya elemente özgü bir yapıya sahiptir. Yıldız tayfı araştırmaları ile yıldızlarda bulunan maddelerin miktarlarını ve cinslerini tahmin etmek mümkündür. Örneğin, güneşin görülebilen ışık tayfında sodyum (Na) atomuna özgü karanlık çizgiler mevcuttur. Bunları ilk kez Wollaston incelemiş ve Fraunhofer A.B.C şeklinde harflerle adlandırmıştır. Bu nedenle Fraunhofer çizgileri olarak da adlandırılırlar.

Fraunhofer çizgileri, yaklaşık 5900 Angstrom dalga boyunda sodyum atomuna ait olan absorbsiyon çizgilerdir. Fotosferden (Güneş’in tabakalarından biri) çıkan sürekli tayf, dış katmanlarda buhar halinde, ancak sıcaklığı daha az olan atomlar tarafından yutulur. Kirchoff bu olayı “Herhangi bir radyasyonu iyi yayan cisim, aynı radyasyonu iyi de emer” sözleriyle ifade etmiştir. Yıldızları yaydıkları radyasyona göre sınıflandıracak olursak, belirli gruplar oluşturduklarını görürüz. Bu gruplar H-R (Hertzsprung-Russel) diyagramında gösterilir.

Spektroskopik araştırmalarda yıldızı oluşturan maddelerin cinsi yanında, atomik absorbsiyon ve alev fotometresi aletlerindeki gibi, mevcut miktarlarını da belirlemek mümkündür. Her yıldızın kendine özgü bir tayfı vardır ve bu tayflar da tanıma ve sınıflamada yardımcı olurlar. Kimi zaman tayfta görünen ışık çizgilerindeki ince yapı değişmekte, örneğin çizgi genişlemesi gibi, ve daha ince çizgilere ayrılmaktadırlar. İşte bu olay, manyetik alan etkisinin sonucu ortaya çıkmakta ve zaman etkisi adıyla anılmaktadır. Güneş tayfının gözlemlenmesine ise spektroheliografi denir.

Astrofizikteki Gelişmeler

Astrofizik 1930 yılına kadar, görünen bir ışık bandı üstünde yapılan incelemelere dayanıyordu. Görünen ışık radyasyonunun gözlemlenebilmesi için büyük teleskoplar icat edildi. Bu esnada, uzaydan büyük nüfuz yeteneğine sahip kozmik ışınların geldiği ve bunların nötron, proton ve elektrotlar olduğu ortaya çıktı.

Kozmik ışınlara ait tane-dalga karakteri üzerinde yapılan tartışmalar devam ederken, uzaydaki radyo dalgaları da saptandı ve gök cisimlerinden gelen ışık dışındaki radyasyonun incelenmesi için radyo-astronomi bilimi geliştir. Konuyla ilgili araştırma yapabilmek için de çok büyük radyo teleskoplar oluşturuldu. 

Tüm bu incelemeler, 1960’da radyo dalgaları yayan birçok gök cisminin bulunmasıyla sonuçlandı. Üstelik bu cisimlerin bazıları görünen ışık da yayıyordu. Bu nedenle bunlara “kuasar” adı verilmiştir.

Günümüzdeki astrofizik incelemelerinde esas olan, gök cisimlerinden gelen farklı radyasyonların uzay tozu içinden geçerken (özellikle de atmosferde) büyük değişikliklere uğramalarıdır. İlgili ışınların atmosfer dışındaki uzay istasyonları tarafından incelenmesi ile kaynaklarının yapısı ve özellikleri hakkında daha doğru bilgiler saptanması mümkün olacaktır. Astrofizik bilimine göre, uzaydaki gök cisimlerinin yaydığı dalgalar çok büyük anlam taşımaktadır. Astrofiziğin ortaya çıkışı araştırıldığında, gök cisimlerinin yaydığı ışıkların ne kadar büyük bir etkiye sahip oldukları anlaşılacaktır.

Geçmiş dönemlerde de uzaydaki bazı cisimlerin ışık yaydığı gözlemlenmiştir, fakat hareket ettikleri anlaşılmamıştır. Buna rağmen, bazı cisimlerin yaydığı ışığın konumu ve şiddetine göre yer değiştirdikleri fark edilmiştir. Araştırmalar sonucunda yıldızlar ve gezegenler arasında bazı farklılıkların olduğu da ortaya çıkmıştır ve böylece Astrofiziğin temelleri atılmıştır. Astrofizikten önceyse astronomik fotometri bilimi vardı. Fotometri biliminde, gök cisimleri ancak görülebilen parlaklık seviyelerine göre sınıflandırılıyordu. Çevreye yayılan ışık ise bolometrik tekniklerle ölçülmekteydi. Bunun sonucu olarak da astronomik fotometri biliminde gökteki cisimlerin ısıları tespit edilmiştir. Başka bir gelişme de, yıldızların yaydığı toplam enerjinin hesaplanması olmuştur.

Herhangi bir gök cisminin parlaklığı zamanla farklılaşırsa, o cismin yapısı hakkında bilgilere ulaşılır ve nasıl meydana geldiği konusunda bulgular elde edilir. Günümüzde teknolojinin süratle ilerlemesi sonucu Astrofizik biliminde de büyük gelişmeler olmaktadır. Gök cisimlerinden gelen ışıklar, inanılmaz teknolojik uzay gereçleri ile tespit edilebiliyor. Bu gereçler sayesinde, gök cisimlerinin yaydığı ışınlar herhangi bir farklılığa uğramadan saptanıyor ve bu konudaki araştırmalar da son derece bilimsel yöntemlerle yürütülüyor.

Günümüzdeki astrofizik ve astronomi gelişmelerini şu şekilde özetleyebiliriz;

• Astrofizik ve astronominin ilerlemesiyle, evrenin sırları tek tek açığa çıkmaktadır.

• Astronomideki en önemli gelişme, tayf ölçümünün ya da yıldız ışığının elektromanyetik analizine başlanmasıdır.

• Diğer galaksilerden daha farklı bir galaksi üzerinde yaşadığımız kanıtlanmıştır.

• Evrenin bir genişleme içinde olduğu saptanmıştır.

• Özellikle 20. Yüzyılda; fosil ışıması, kimyasal elementler ile izotoplarının maddeden ayrılmasını ifade eden teoriler ve fiziğe dayalı olan Büyük Patlama kuramı sayesinde, kozmoloji büyük bir gelişme göstermiştir.

• Bu alandaki son gelişmeler olarak; radyoastronominin, radyoteleskopların ve modern bildirişim araçlarının ortaya çıkması söylenebilir.