Birçoğumuz adını bile bilmiyoruz ama bundan tam bir asır önce insanlığın evrene bakışını değiştirdi! Parçaları birleştirdi, tarihe geçti... 'Yıldızlar her şeydir'
Güncelleme Tarihi:
Bundan tam bir yüzyıl önce, gencecik bir kadın, insanın asırlardır cevabını aradığı sorulardan birini yanıtlamayı başardı. Üstelik bunu henüz öğrenciyken yaptı. Bilim tarihini değiştiren o genç kadını tanıyor musunuz?
İnsanlık var olduğu günden bu yana, kafasını yukarı kaldırıp gökyüzünde olanı biteni anlamaya çalışıyor. Gecenin karanlığında göz kırpan yıldızlar, insanın merakını kurcalıyor.
Tarih boyunca yıldızlar bazen yön bulmak için bazen zamanı tayin etmek için kullanıldı. Tanrı ve tanrıçaların hikâyelerini anlatan yıldızlar şairlere ve ressamlara ilham verdi. İnsanın yıldızlarla ilişkisi 1925 yılında çok dramatik bir değişim geçirdi. O tarihte bir yüksek lisans öğrencisi, yıldızların "malzemesini" keşfedip bugün astrofizik diye bildiğimiz bilim dalının temellerini attı.
O öğrencinin adı Cecilia Payne'di. Henüz 24 yaşında olan Payne, yıldızların yapısının Dünya gibi olmadığını, bu ışıltılı nesnelerin evrenin en hafif ve en basit iki elementi olan hidrojen ve helyumdan oluşan ateş topları olduğunu ortaya koydu.
Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'nden astrofizikçi Anna Frebel, National Geographic'e yaptığı açıklamada, "Bu insanlık için çok temel bir bilgi" dedi.
Ancak zamanının geçerli yaklaşımlarına karşı çıkan birçok hipotez ve keşif gibi, Payne'nin tezi de sorgulandı ve tartışmalara konu oldu. Bu teoriyi ortaya atan ve dönemin neredeyse tamamı erkeklerden oluşan statükosuna karşı çıkan kişinin genç bir kadın olması da tansiyonu daha da yükseltti.
Payne'in yüksek lisans tezi bugün halen kütüphanelerin astrofizik bölümlerinde baş köşede yer alıyor. Günümüzde bilim insanları bu 200 küsur sayfalık çalışmayı astronomi yazının başyapıtı olarak, parçaları birleştiren temel eser olarak görüyor.
Wyoming Üniversitesi'nde yıldız astrofiziği üzerine çalışmalar yapan Meridith Joyce, Payne'in tezi için, "Bütün detaylara dikkat edilmişti. Çok isabetliydi ve gerçekten çok cesurca bir metindi" diye konuştu.
YILDIZ ARAŞTIRMALARI 4 ASIR ÖNCE BAŞLADI
1600'lü yılların başlarında, insanlar ilk teleskopları geliştirip kullanmaya başladı. Uzay gözlemcileri gece gökyüzündeki yıldızların sayısının çok olduğunu ve bulut benzeri nebulalarda toplandıklarını fark etti.
1800'lerin başlarında gözlemciler, güneş ışığını gökkuşağının renklerine kıran prizmaları kullanmaya başladı. Aynı yüzyılda, gökbilimciler bir teleskobun lensiyle bir detektör arasına bir prizma yerleştirerek, yıldızlardan gelen ışığı kaydedebileceklerini gördü. Prizma gelen yıldız ışığını kırıyor, ışığın kırılmasıyla ortaya çıkan renkler, emülsiyonla kaplanmış bir fotoğrafik cam plakanın üzerine düşüyordu. Işığın fotonları emülsiyonla etkileşime girince koyu renk bir iz bırakıyordu. Plakanın üzerindeki koyu renkli izlere ve boşluklara bakılarak, ışığın rengi tespit ediliyor bu da çok uzaklardaki yıldızların imzası kabul ediliyordu.
1800'lerin ortalarında araştırmacılar, laboratuvarlarda ısıtılan gaz halindeki elementlerin, karşın yelpaze örüntüleri (parlak renkli çizgilerle ayrılmış içi boş alanlar) ortaya çıkardığını gördü. Fizikçiler bu parlak çizgileri kullanarak gazın kimyasını anlayabileceklerini fark etti.
Dünya'nın kabuğunda bulunan maddeler, yıldızlarda görülene benzer örüntüler sergiliyordu. Bu nedenle gökbilimciler, Güneş'in ve diğer tüm yıldızların Dünya ile aynı malzemeden oluştuğu sonucuna vardı. Joyce, "Evrendeki diğer herhangi bir şeyin Dünya'da gözlemlediğimizden farklı olduğuna inanmak için hiçbir sebebimiz yoktu" dedi.
CECILIA PAYNE KİMDİ?
Payne, 10 Mayıs 1900 tarihinde İngiltere'nin Wendover kasabasında dünyaya geldi. Otobiyografisinde yazdığına göre, ergenlik yıllarında bilim ve müzik eğitimi aldı. Ardından 1919'da kazandığı bursla Cambridge Üniversitesi Newnham Koleji'nin yolunu tuttu.
Başlangıçta botanik eğitimi alsa da birinci yılın ortasında fizik bölümüne geçti. Payne atom fiziği alanında çok önemli iki isimden, her atomun pozitif yüklü bir çekirdeği olduğunu keşfeden Ernest Rutherford ile elektronların bu pozitif çekirdeğin etrafındaki davranışlarını inceleyen Niels Bohr'dan dersler aldı.
Aynı yılın sonlarında tesadüfen Trinity Koleji'nde Arthur Eddington'ın verdiği bir konferansa katıldı Payne. Eddington, konuşmasında 1919'daki tam güneş tutulması sırasında yaptığı denemelerin sonuçlarını anlatıyordu. Eddington, Güneş'in yıldız ışığını çekmesine ve ışık yollarındaki değişimlere bakarak yıldızların konumlarını görüntülemiş ve bu konumların değiştiğini görmüştü. Konferans sırasında Eddington, Albert Einstein'ın o dönemde henüz çok yeni olan genel görecelilik teorisini de doğrulamış, bütün bunları dinleyen Payne astronomiye âşık olmuştu.
1923 yılında lisansüstü eğitimi için ABD'ye giden Payne, çalışmalarına Harvard Kolej Rasathanesi'nde ve Massachusetts eyaletinin Cambridge şehrinde bulunan Radcliffe Koleji'nde devam etti. Rasathanenin astronomi fotoğrafları küratörü Thom Burns, "Kendini kadınların astronomide başarılı olabileceği tek yere attı" diye konuştu.
Payne, rasathanede çalışmaya başladığında, tüm gökbilimciler ve öğrenciler erkekti. Personelde 10-20 kişilik bir kadın grubu vardı ancak bunlar "hesaplayıcı" yani hesaplamalarla uğraşan laboratuvar asistanlarıydı. Görevleri yıldız ışığında örüntüler aramak ve görünen yıldızlardaki değişimleri kayıt altına almaktı. Payne, lisansüstü araştırmacısı olduğundan diğer kadınlardan farklı bir konumdaydı.
Akıl hocası Harlow Shapley başlangıçta Payne'den Henrietta Swan Leavitt isimli hesaplayıcının çalışmalarını sürdürmesini istemişti. Leavitt, bazı yıldızların ışıklarındaki değişimlerin, mesafeleri ölçmek için kullanılabileceğini keşfetmişti. Ancak Payne, Leavitt'in projesiyle ilgilenmiyordu. Burns'ün tabiriyle, "Uzun yıllardır el değmemiş spektroskopi plakalarına odaklanmak istiyordu".
Üstelik Harvard'ın depolarındaki emülsiyon plakalarının sayısı, dünyadaki diğer tüm kurumların önündeydi. Bir diğer hesaplayıcı olan Annie Jump Cannon, yıldızları imzalarına bakarak sınıflandırmaya başlamıştı. Payne bu konu üzerine çalışmak; Newnham'da aldığı atomların iç işleyişine ilişkin eğitimi, fizik ve kimya alanındaki güncel teorilerle harmanlayıp yıldızları anlamak istiyordu.
YILDIZLARIN FİZİĞİ
O dönemde fizik araştırmaları hızlanıyordu; keşifler ve bilimsel teoriler dünyayı dolanıyordu.
Araştırmacılar spektroskopi plakaları üzerindeki örüntülerin kaynaklarını bulmuştu. Atomun çekirdeği etrafında hızla hareket eden atomların enerji düzeyleri değişiyor, bu eylem de ışığı yayıyor ya da emiyordu. O ışığın rengi atoma göre değişkenlik gösteriyordu. Mesela bir karbon atomundaki bir elektronun bulunduğu konuma göre yaydığı ya da emdiği ışık miktarı hep aynıydı. Birkaç yıl içinde yapılan deneylerle, enerjilerin çoğunun elektronları çoğu atomik element için farklı düzeylere gönderdiği anlaşıldı.
Yıldız ışığı yelpazesinde bu karakteristik çizgileri arayan bilim insanları, kayıp renklerin ya da plakalardaki boşlukların, atomik elementlerle birebir uyumlu olduğunu görebiliyordu. Bu sayede gazları oluşturan elementler ayrıştırılabiliyordu. Gökyüzündeki yıldızlar gazlarının, çekirdeklerindeki nükleer fırından yayılan enerjiyi emdiği noktalarda boşluklar oluşturuyordu.
Bu laboratuvar çalışmalarının sonucu nötr elementlere odaklanıyordu. Ancak yıldızlar çok sıcak ve basınçlı gazlardan oluşuyor ve o dönemde hiç kimse bu aşırı yüksek sıcaklık ve basıncın farklı elementlerin ışık örüntülerini nasıl değiştirebileceğini bilmiyordu.
Payne, otobiyografisinde dediği üzere, atom fiziğinin güncel yaklaşımlarını Hindistanlı fizikçi Meghnad Saha'ya ait "zekice bir fikirle" birleştirdi. Saha kısa süre önce gazların farklı sıcaklık ve yoğunluklarda nasıl davrandığını, özellikle de içeriğindeki elektronların uç ortamlarda nasıl hareket ettiğini tespit etmişti.
Yıldızların yüksek sıcaklıklarından ve basınçlarından hareket eden Payne, Harvard'ın elinde bulunan plakalardaki yıldız ışığı yelpaze çizgilerinin güçlerini hesapladı. Frebel, "Farklı çizgiler her zaman birbirlerine kıyasla belli bir güce sahiptirler" dedi. Payne bu noktaya odaklanarak, yıldızlardaki elementlerin miktarını hesaplayabilecekti.
Payne'in çalışmaları, kimyasal elementlerin en hafifleri olan hidrojen ve helyumun yıldızlarda büyük miktarlarda bulunduğunu, daha ağır elementlerin ise oldukça seyrek olduğunu gösterdi. Payne ayrıca çizgilere görünen şeklini veren şeyin ne olduğunu da tanımladı: Gaz halindeki maddenin iç basınçları ve sıcaklıkları, ışık imzasını etkiliyordu.
Iowa State Üniversitesi'nde yıldız astrofiziği üzerine çalışan Steven Kawaler, "Bu şekiller anlamak yelpazeleri kullanmak için, atmosferin dinamiklerini anlamak için gerekliydi" dedi. Kawaler, Payne'in emme çizgilerini sadece aşırılıklar ya da sıcaklıklar için değil, yıldızların içinde fiziksel anlamda olan biteni anlamak için de kullandığını sözlerine ekledi.
"YILDIZLAR HER ŞEYDİR"
Payne tezini 1925 yılında tamamlayıp Radcliffe Koleji'nden doktora derecesini almaya hak kazandı. Çağdaşları, başlangıçta Payne'in çalışmalarına şüpheyle yaklaştı. Dönemin önde gelen yıldız astronomlarından biri olan Henry Norris Russell, Payne'i en sert dille eleştirenlerden biriydi. Payne tezinde bu eleştirilere ithafen, hidrojen ve helyum hakkında, "Bu elementlerin yıldızların atmosferindeki dev bolluğu neredeyse kesinlikle gerçek değil" diye yazmıştı.
Kawaler, tezin geri kalanı özgüven dolu olsa da, bu ifadenin "diğer açılardan çok heyecan verici bir sonucun geçici dağılması" olduğunu belirtti. Nitekim sadece dört yıl sonra Russell, Payne'in bulgularını teyit etti.
Çalışmalarında en yaşlı yıldızları aramak için yıldız ışığından faydalanan Frebel, "Bu çalışma yıldız spektroskopisinde ölçülen şeyi anlamamız için başlangıç oldu" dedi. Payne'in keşifleri gelecekteki araştırmacıların bir yıldızın ömrü boyunca yüzeyinin altında yaşananları, yıldızların merkezinde üretilen enerjinin dış katmanlara doğru nasıl hareket ettiğini, yıldızların neden bazen patladığını bazen de sönüp karanlığa kavuşarak yok olduğunu anlamasının yolunu açtı.
Joyce, "Yıldızlar her şeydir" dedi ve ekledi: "Evrene dair bildiğimiz diğer her şey yıldızlardan gelir."