Edwin Hubble

Ekim 1923’ün başında, Kaliforniya’daki Mount Wilson Gözlemevi’nde 100 inçlik (2,5 metre) Hooker Teleskobu Andromeda’ya çevrildi. Edwin Hubble o gece çektiği fotoğraf plakasında bir nova (patlayan yıldız) aradığı noktaları “N” harfiyle işaretlemişti. Plakayı inceleyince, işaretlediği yıldızlardan birinin daha önce çekilmiş plakalarda parlaklığını periyodik olarak değiştirdiğini fark etti. Bu bir nova değildi. Bir Sefeid (Cepheid) değişen yıldızıydı. Hubble elindeki kalemle “N” harfini üzerini çizdi ve yanına ünlemli üç harf yazdı: VAR!

Plakadaki o küçük kalem izi, evrenin ölçeğine bakışımızı değiştirdi. Çünkü bir Sefeid’in titreşim periyodu bize gerçek parlaklığını, gerçek parlaklık da uzaklığını söyler. Andromeda’nın uzaklığı o gün ortaya çıktı: Samanyolu’nun herhangi bir yerinden çok daha uzak. Evren, bir anda, sandığımızdan kat kat büyük hâle geldi.

Avukat olabilirdi

Hubble 20 Kasım 1889’da Missouri’nin Marshfield kasabasında doğdu. Chicago Üniversitesi’nde matematik ve astronomi okudu, boks ve atletizmle de ilgilendi. Babasının isteği üzerine astronomiyi bırakıp hukuk okumak üzere Oxford’a gitti. Rhodes bursuyla geçirdiği üç yılda hukukla birlikte İspanyolca da okudu. ABD’ye döndüğünde avukatlık ruhsatını aldı, bir süre lise öğretmenliği yaptı; ama içindeki merak bitmedi. Yerkes Gözlemevi’nde astronomiye döndü ve 1917’de soluk bulutsular üzerine yazdığı doktora tezini tamamladı.

Birinci Dünya Savaşı onu ordunun saflarına çağırdı; tezini bitirdikten kısa süre sonra Avrupa’ya gitti, savaştan binbaşı rütbesiyle döndü. 1919’da George Ellery Hale’in daveti üzerine Mount Wilson’a geldi. Gözlemevinin yeni teleskopu, o günlerin en büyüğüydü ve Hubble bu teleskopu bir yaşam boyu kullandı.

“Bulutsular” aslında nedir?

Hubble’ın zamanında gökyüzündeki sönük, bulanık lekeler “bulutsu” (nebula) diye anılıyordu. Bunların bir kısmı gerçekten gaz bulutlarıydı; ama spiral şeklinde olanların ne olduğu bir bilmeceydi. Harlow Shapley’e göre Samanyolu bütün evrendi ve bu spiraller onun içindeydi. Heber Curtis’e göre ise bunlar, bizim gökadamız gibi “ada evrenler”di. 1920’de Washington’da yapılan ve “Büyük Tartışma” diye anılan karşılaşma bir sonuç vermedi; çözüm, ancak Hubble’ın o plakasıyla geldi.

Hubble, Andromeda’daki Sefeid’in periyodunu ölçtü (yaklaşık 31 gün). Henrietta Leavitt’in bulduğu periyot–parlaklık ilişkisini kullanarak uzaklığı hesapladı. İlk tahmini, bugünkü bilgimizle düşük kalıyordu: yaklaşık 900 bin ışık yılı. Sonraki yıllarda Sefeid’lerin sınıflandırılması ve yıldızlar arası toz düzeltmeleri bu değeri yaklaşık 2,5 milyon ışık yılına çıkardı. Ama nokta zaten alınmıştı: Samanyolu’nun çapı yüz bin ışık yılı mertebesinde olduğuna göre Andromeda ayrı bir gökadaydı. Hubble sonucu 1924’ün sonlarında duyurdu; Amerikan Astronomi Derneği toplantısında 1 Ocak 1925’te sunuldu.

Gökadalara düzen vermek

Gökadaların varlığı kanıtlanınca sıra onları sınıflandırmaya geldi. Hubble, 1926’da gökadaları şekillerine göre ayırdı: eliptikler, normal spiraller ve çubuklu spiraller. 1936’da yayımladığı “The Realm of the Nebulae” kitabında, bunları bir çatal biçimli bir diyagramda düzenledi. Hubble bu sıralamanın bir tür evrim dizisi olabileceğini düşünüyordu; bugünkü anlayışımız gökadaların bu yolu izlediğini desteklemiyor. Ama diyagram, yüz yıl sonra bile astronomların kullandığı bir dil olarak hâlâ yaşıyor.

Kırmızıya kayış ve genişleyen evren

Hubble’ı en çok tanıtan çalışma 1929’da geldi. Vesto Slipher ve diğerlerinin on yıllar boyunca topladığı spektrumlarda gökadaların çoğunun ışığı kırmızıya kaymıştı. Hubble, uzaklıklarını Sefeid’lerle ve en parlak yıldızlarla ölçtüğü yirmi dört kadar gökada için hızlarla uzaklıkları karşılaştırdı ve ilginç bir şey gördü: gökada ne kadar uzaksa, bizden o kadar hızlı uzaklaşıyordu. Aradaki ilişki yaklaşık olarak doğrusaldı. Bugün bu bağıntıyı şöyle yazıyoruz:

$$v = H_0\, d$$

Burada \(v\) gökadanın bizden uzaklaşma hızı, \(d\) uzaklığı ve \(H_0\) “Hubble sabiti”dir. Hubble 1929’da \(H_0\) için yaklaşık 500 km/s/Mpc buldu. Günümüzdeki ölçümler 67 ile 73 km/s/Mpc aralığında değerler veriyor. Örnek: \(H_0=70\) km/s/Mpc alırsak, 100 megaparsek (yaklaşık 326 milyon ışık yılı) uzaktaki bir gökada saniyede yaklaşık 7000 km hızla uzaklaşır (kırmızıya kayma \(z\approx 0{,}023\)). Ayrıca \(1/H_0\) bir zaman ölçeğidir: \(H_0=70\) için yaklaşık 14 milyar yıl; Hubble’ın 500 değeriyle ise yalnızca 2 milyar yıl çıkardı ve bu, Dünya’nın yaşından daha kısaydı.

Ama Hubble bu bulguyu “evren genişliyor” diye yorumlamakta temkinliydi. Georges Lemaître, 1927’de, Einstein’ın denklemlerinden yola çıkarak aynı bağıntıyı kuramsal olarak öngörmüş ve eldeki verilerden bir değer çıkarmıştı. Bu yüzden 2018’de Uluslararası Astronomi Birliği üyeleri, yasanın adını “Hubble–Lemaître yasası” olarak anmayı önerdi ve oylamayla kabul etti. Hubble ise 1929 makalesinde evrenin genişlemesinden değil, hız–uzaklık ilişkisinden bahsetti. Milton Humason’ın çok daha uzak gökadaların hızını ölçmesiyle 1931’de yasa çok daha geniş bir aralıkta doğrulandı.

İkinci Dünya Savaşı sırasında Hubble teleskoptan uzaklaştı ve Aberdeen Test Alanı’nda balistik araştırmalarda çalıştı; bu hizmeti nedeniyle ABD ordusunun Liyakat Nişanı’nı (Legion of Merit) aldı. Savaştan sonra Palomar Dağı’ndaki 200 inçlik (5 metre) Hale Teleskobu’nun ilk kullanıcılarından biri oldu. Büyük bir iddiası vardı: yeni teleskopla evrenin geometrisini ölçmek. Bu hedefe ömrü yetmedi, ama sorular daha sonraki kuşaklara bırakıldı.

Hâlâ tartışılan bir sayı

Hubble sabitini ölçmek yüz yıldır sürüyor ve hâlâ bitmedi. Yakın evrendeki Sefeid’ler ve Tip Ia süpernovalar 73 km/s/Mpc civarında bir değer veriyor. Büyük Patlama’dan kalan mikrodalga arka plan ışımasının ölçümlerinden ve standart kozmoloji modelinden çıkarılan değer ise 67-68 civarı. Bu fark istatistiksel olarak ciddi bir önem taşıyor ve “Hubble gerilimi” (Hubble tension) adıyla anılıyor. Ölçüm hatası mı, yoksa yeni fizik mi? Soru açık.

Nobel’i hiç almadı

Hubble’ın hayatında bir acı vardı: astronomi, Nobel Fizik Ödülü kapsamında sayılmıyordu. Hubble bu durumu değiştirmek için uğraştı; astronomların fizik ödülüne layık görülmesini savundu. Kural değişmeden, 28 Eylül 1953’te Kaliforniya’nın San Marino kasabasında beyin damarı tıkanıklığı nedeniyle öldü. Eşi Grace tören yapılmamasını istedi; mezarının yeri bugüne dek açıklanmadı. Astronomların fizik ödülüne layık görülmesi ise ancak sonraki on yıllarda, örneğin kozmik mikrodalga ışımasının keşfi (1978) ve kozmolojik gözlemler (2011, 2019) için gerçekleşti.

Hubble’ın adı, gökbilimin en bilinen cihazlarından birine verildi. 24 Nisan 1990’da uzaya fırlatılan Hubble Uzay Teleskobu, onun başlattığı işi yörüngeden sürdürdü. Ultra Derin Alan görüntüsündeki o binlerce gökadaya bakarken, bir zamanlar tek bir yıldızın üzerine yazılmış “VAR!” notunu hatırlamak, bilimin ne kadar küçük bir ipucundan ne kadar büyük bir evrene açıldığını gösteriyor.

Kaynaklar: E. Hubble, “A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae”, PNAS 15, 168 (1929); E. Hubble, “Extra-galactic nebulae”, Astrophysical Journal 64, 321 (1926); E. Hubble, The Realm of the Nebulae (Yale University Press, 1936); NASA ve Carnegie Gözlemevleri arşivleri.