IŞIĞA EK OLARAK YILDIZLARDAN BİZE BAŞKA ŞEY GELİR Mİ?
1900’lü yıllarda güneş sistemi dışında, yıldızlarla dolu evrenden aldığımız tek önemli bilgi ışıktı. Işığı aracılığıyla yıldızların yerini, parlaklığım, devinimini, sıcaklığım, kimyasal yapışım ve hatta çekim gücüyle birbirleri üzerine yaptıkları etkiyi inceleyebilirdik. Ancak, yıldızlardan bize ulaşan başka tipte bilgiler de vardır.
1896 yılında radyoaktivite keşfedildikten sonra bilim adamları çeşitli aygıtlarla radyoaktif ışınımı saptamayı öğrendiler. Bu ışınımın küçük oranları bile saptanabilir. Bunun için saptayıcı aygıtlar kurşundan yapılmış ve ışınımı emen kurşun engellerin arkasına yerleştirilir. Burada ışınımı tutmak için gerekli olan kurşun duvarın kalınlığı ile gelen ışınımın enerjisi tahmin edilebilir. Bilim adamlarım bu işlemde şaşırtan konu, ışınımı orada tutmak üzere yeterince engelleme yapıldığı halde bazı güçlü enerji taşıyan ışınımın gene de engelleyici aygıttan sızabilmesidir. Burada sorulacak soru; “Bilinmeyen bu ışınım nedir?” şeklinde olabilir.
Avusturyalı-Amerikalı fizikçi Victor Franz Hess’e (1883 1964) göre, bu ışınım ne olursa olsun yeryüzündeki bir kaynaktan gelmeliydi. 1911 yılında Hess çok iyi engellerle donatılmış bir ışınım saptayıcı aygıtını (detektörü) balonlarla yerden yükseklere çıkardı. Bilim adamı balonla beşi gündüz ve beşi gece olmak üzere on kez yerden havalandı. Kendisini şaşırtan, yerden yükseldikçe daha güçlü ışınımı saptamasıydı. Denemelerinde en yüksek noktaya eriştiğinde ışınım yeryüzündekine göre sekiz katı fazla olmuştu. Bu durumda Hess ışınımın yeryüzünden değil de, uzaydan geldiği sonucuna vardı. Diğer bilim adamları da yeryüzüne her yönden yağan bu ışınımı araştırmaya başladılar. Ve 1925 yılında Amerikalı fizikçi Robert Andrevvs Millikan (1868-1953) bu tür ışınımı uzaydan geldiği için Batı dillerindeki
Cosnıos sözcüğünden (Türkçemizdeki karşılıkları acun, kainat ve evren’dir Çeviren) yararlanrak kozmik ışınlar adıyla adlandırdı.
Ancak kozmik ışınların doğası hakkındaki sorular henüz yanıt landırılmamıştı. Millikan onları
ışığa benzeyen dalga şekilleri olarak, ama ışığın kendisinden çok daha fazla enerjili olarak düşündü. Bir başka Amerikalı fizikçi Arthur Holly Compton (1892-1962) bunun yerine ışınları pek fazla enerjili ve ses hızına yakın hızla yol alan elektrikle yüklü atomaltı parçacıklar olarak tanımladı. Ancak bilim adamının bu düşüncesi nasıl kanıtlanabilirdi?
Eğer kozmik ışınlar ışığa benziyorsa dünyamn manyetik alanının etkisi altında kalmamalıydı. Ve eğer elektrikle yüklü parçacıklar ise, manyetik alanla eğilmeli; yeryüzüne uzak ve başka yerlerde değil ama manyetik kutuplarda varmalıydılar. 1930’lu yıllarda Compton bütün dünyayı dolaşarak kozmik ışınım yoğunluklarım ölçtü. Manyetik kutuplara yaklaştığında bu tür ışınımın yoğunlaştığım saptadı. Kozmik ışınlar gerçekten elektrikle yüklü parçacıklardı.
Ve kozmik ışınların, güneş rüzgârları ile çevreye yayılan elektrikle yüklü parçacıklarla aynı oldukları anlaşıldı. Bunlar, çoğunlukla hidrojen atomu çekirdeğinden oluşmak üzere pozitif elektrikle yüklü atom çekirdekleriydi.
Kozmik ışınlar bize güneş sisteminin ötesinden ulaşıyorlardı. Ancak güneşin üretebileceğinden çok daha fazla enerjili idiler. Ve belki de güneşteki püskürtülere oranla çok daha büyük enerjiyle ortaya çıkan olayların söz gelişi üstnova patlamaları sonucu üretiliyorlardı. Ayrıca kozmik ışınlar yıldızların arasında yol alırken sürekli olarak manyetik alanların bulunuşu nedeniyle eğiliyor, bükülüyor; bu eğilmeler ivme kazanmalarım ve enerjilerinin artmasım sağlıyordu.
Kozmik ışınlar birçok nedenle önemlidir. Yukarda onların biyolojik evrime etkilerinden söz etmiştim. Onlar ayrıca bize evrenin genel yapısı hakkında bilgi sağlarlar. Fizikçilere onların yapay olarak meydana getirdikleri atom çarpışmalarına göre atmosferdeki atom çarpışmalarının çok daha fazla enerjili olduğunu anlamalannda yardım ederler. (Oysa ki, böyle kozmik ışın çarpışmalarını beklemek çok sıkıcı bir iş iken, şu anda bizler atomu parçalayan aygıtlarla daha az enerjili olsa bile istenilen anda ve istenilen sayıda atom parçalanması işlemini yapabilmekteyiz.)
Bu tür ışınların tek kusuru, evrendeki belirli olaylar hakkında bazı belli bilgileri verememeleridir. Onların uzayda izlediği yol yıldızların manyetik alanları nedeniyle öyle eğilip bükülmüştür ki, kaynak olarak nereden çıkıp geldiklerini söylemek olası değildir.
Kozmik ışınlar bir yana bırakılırsa, ayrıca elektrik yükü bulunmayan, kütlesiz ve atomalli parçacıklar olan; bu nedenlerle
de uzayda ışık hızıyla yol alan nötrinolar vardır. Bunların varlığı ilk kez AvusturyalI fizikçi Wolfgang Pauli (1900-1958) tarafından 1931 yılında öngörülmüştü. Bu tür parçacıkları 1932 yılında İtalyanca’da küçük nötr şey anlamına gelen nötrino sözcüğüyle adlandıran kişi ise, Enrico Ferni oldu.
Nötrinoların kütlesi ve elektrik yükü bulunmayışı, normal maddelerle etkileşmeyi pek seyrek olarak yapışları yüzünden saptanmaları hemen hemen olanaksız gibidir. Ancak var oluşları öyle rahatlık vericidir ki, fizikçiler onların gerçekliğim hemen benimsemiş ancak 1956 yılma değin onları yalmzca şu iki Amerikalı fizikçi saptayabilmişti: Frederick Reines (1918) ve Clyde Lorrain Cowan (1919 ).
Kozmik ışınların tersine nötrinolar elektrikle yüklü değildir ve manyetik alanlardan etkilenmezler. Bunun yerine, pek ayral (istisnai) durumlarda gökcisimlerinin çekim gücünün etkisi altında kalır, bunun dışında dümdüz hatlar çizerek yol alırlar. Büyük oranlarda olmak üzere güneşimiz ve diğer yıldızlar tarafından üretilirler. Evrenin, sıradan atom parçacıklarına oranla milyarlarca kez daha fazla nötrinoyu içerdiği tahmin edilmektedir. Pek seyrek olarak atomlara çarpışlarının dışında nötrinoların bir maddenin içinden geçişinde bityeniği bulunmaktadır. Bu nedenle onlardan trilyonlarcası maddenin içinden geçerken yalmzca pek azı saptanabilir. Sözgelişi, fizikçi Reines onyıllar boyunca güneşten yayılan nötrinoları saptamaya çalışmıştır. Gerçekte bir miktar nötrinoyu saptamış ama bunlar da kuramsal olarak saptanması gerekenin üçte biri düzeyinde kalmıştır. Bunun nedeni bilinmemekte ve olaya “kaybolan nötrinoların gizi” denilmektedir.
1987 yılında Büyük Magellan Bulutu içinde bir üstnova patlaması görüldü. (Bu patlama, 1604 yılından beri görülen en yakınımızda gerçekleşmiş üstnova olayıydı. Çünkü, yalnızca 150.000 ışık yılı uzaklıktaydı.) Olayın ilk göstergesi olarak Alp sıradağlarina yerleştirilmiş bir saptama aygıtıyla (nötrino teleskobu) yedi nötrino yakalandı. Saptama aygıtları geliştirildikçe evrendeki büyük eneıji doğuran olâylar hakkında bize bilgi verecek ek nötrinoların yakalanması mümkün olacaktır. Her ne olursa olsun, 1987 yılında, güneş sistemi dışındaki “nötrino gökbilimi”nin başlangıcı yaşanmış oldu.
Uzaydan gelen bir başka atomaltı parçacığı da gravi ton’dur. Bu parçacıklar da nötrinolar gibi, elektrik yüksüz ve kültesizdir. Işık hızıyla yol alırlar. Gravitonlar bildiğimiz en az enerjili ve saptanması en güç parçacıklardır. Varlıkları ilk kez 1916 yılında Albert Eınstein tarafından öngörülmüş ama onları saptamak üzere yapılan tüm girişimler sonuçsuz kalmıştır. Gene de fizikçiler gravitonların varlığından emindir. Eğer bir yakalanırlarsa evrenin en büyük enerji taşıyan olayları hakkında bilgi sağlanmış olacaktır.
Işık ve ışığa benzeyen ışınımlar uzayda parçacık şeklindeki üniteler halinde ve dalga biçiminde yol alırlar. (Tüm dalgaların parçacık özelliği ve parçacıkların da dalga niteliği bulunmaktadır.) 1905 yılında ışığın parçacık özelliğini Eski Yunanca’daki ışık sözcüğünden yararlanarak Einstein foton adıyla adlandırdı. Günümüzde evrenden aldığımız bilgilerin büyük bölümünü fotonlar aracılığıyla sağlamaktayız. Ancak bunlar yalmzca görünen ışığın fotonları değildir. Başka tipte, görünen ışığınkinden daha fazla ve daha az enerji taşıyan pek çok türde foton bulunmaktadır.