Yıldız Sistemleri ve Ötegezegenler

Evrenin uçsuz bucaksız derinliklerine baktığımızda sorduğumuz o meşhur soru: “Orada kimse var mı?”. Bu soru yalnızca bilim kurgunun değil, astrobiyolojinin, istatistik ve olasılık biliminin de yanıt aradığı temel problemlerden bir tanesi. 1961 yılında ünlü gökbilimci Frank Drake, bu devasa belirsizliği küçük parçalara ayırarak kozmik yalnızlığımıza bilimsel bir çözüm aramıştır. Yapısal olarak tümdengelimsel bir yaklaşım içerse de aynı zamanda özelden genele daha küçük kesitlerden daha büyük bir sonuca gitmesiyle de tümevarımsal yaklaşım barındıran bir paradokstur. Günün sonunda tüm araştırmalara rağmen tek bir akıllı sinyal, uzayda inşa edilen yapay bir yapı ya da (izlerine rastlasak da) mikroorganizmaya rastlayamadık ve beklentilerle gerçekte elde edilen veriler doğrultusunda henüz bir uzaylı keşfedemedik. Bu paradoksa bilim  dünyasında “Fermi Paradoksu” adı da verilmekte.

$N=R^* ×f_P × n_e ×f_l ×f_i ×f_c × L$

Yukarıdaki denklemde N parametresi bulmayı öngördüğümüz ve galaksimiz Samanyolu’nda bizimle iletişim kurabilecek teknolojik medeniyetlerin sayısını tanımlamakta, ancak denklemde sağa doğru ilerledikçe kesin bilimsel  verilerden tahmin oyunlarına geçiş yapıyoruz. R^* (average rate of star formation in Milky Way) galaksimizdeki ortalama yıldız oluşum hızıdır, yaklaşık değeri ~1 olarak kabul edilen bu parametre 2010 yılında NASA ve ESA tarafından doğrulanarak yaklaşık 0.68 – 1.45 M_☉ (Güneş kütlesi) kadar malzemenin galaksimiz tarafından her yıl oluşturulduğunu göstermektedir. Bu değeri yıldızların başlangıç kütle fonksiyonuna böldüğümüzde ise 1 ve 3 arasında yıllık galaksimizdeki yaklaşık yıldız oluşum hızı elde edilmektedir.  

“f_p“ parametresi bu yıldızların gezegen bulundurma oranı olarak belirlenmiştir. 2012 yılında mikromercek yöntemiyle yapılan gözlemlere dayanarak, galaksimizdeki her yıldızın potansiyel olarak en az bir  adet ötegezegen barındırdığına işaret ediyor. Bu nedenle bu parametrenin de “1” sayısına oldukça yakın bir değer olduğu düşünülmekte.

“n_e” değeri bu gezegen/ötegezegenlerdeki yaşam olasılığını, ne kadarının yaşamı destekleyebilecek potansiyel altyapıya sahip olduğunun ortalaması olarak belirlenen değer olarak tanımlanmakta. Bu noktada yaşam için önemli etkenler bakımından sayısız parametre bulunuyor: yeterli yüzey basıncını ve sıcaklığı koruyabilecek, sera etkilerini barındırabilecek, günlük sıcaklık farklarından fazla etkilenmeyecek, yeterince kalın atmosfer ve kimyasal bileşenlerin kompozisyonu (C, H, N, O, P ve S), kozmik ışın ve radyasyondan koruma sağlamak için manyetik alan, yıldızın kararlılığı ile birlikte gezegenin kütlesi ve yıldız atmosferinin yaşanabilir alanı içinde bulunması (habitable zone yani gezegen yörüngesinin yıldıza olan uzaklığı ve şekli), stabiliteyi sağlayabilecek faal bir çekirdek ve jeolojik aktivite (volkanizma ve karbon döngüsü vb.), plaka tektoniği, iklim ve mevsimsel stabiliteyi sağlamak için Ay benzeri bir uydu, yörüngenin  kararlılığı ve perturbasyonlara karşı dinamik stabilite, sistemdeki büyük gezegenlerin varlığı (asteroid riski gibi etkenlerden kütleçekimsel koruma sağlar) gibi devamı da gelen oldukça uzun bir liste bulunmakta. Düşük yörünge basıklığı ve eğikliği olumlu, eliptik ve eğik yörünge olması yaşam olasılığını olumsuz etkilemekte zira eliptik yörüngelerde gezegen yaşanabilir bölgeye inbount-outbound giriş çıkışlar yapabilir. Yine de yaşam mikro düzeydeyse, okyanuslar ve atmosfer yeterince derinse, basıklık 0 ile 0.2 arasında ise yeterli iklim stabilitesinin yaşamı destekleyecek şekilde sağlanma potansiyeli bulunmakta. Paradoks  açısından bu parametrenin denklemdeki yerine bakacak olursak η_⊕ (Eta Earth, n_e) yani Güneş benzeri yıldızlar etrafındaki Dünya benzeri ve yaşanabilir kuşak içindeki gezegenlerin oranı olan bu değer Samanyolu’ndaki yıldızlara bağlı olarak farklılık göstermekle birlikte yaklaşık 5 – 20% (0.05 – 0.2) arasında değişmekte (Kepler Uzay Teleskobu verilerine göre elde edilen galaktik ortalama değer).

Şekil 1: Farklı tipteki yıldızların yaşanabilir bölgeleri (NASA / Kepler Uzay Teleskobu).

Yaşanabilir bölge içerisinde kalabilmek uzayda hayat kaynağı için en önemli kriterlerden bir tanesi olabilir bu doğrultuda Dünya boyutlarında, Güneş tipi yıldız sınıfında, irili ufaklı gezegenler barındıran yıldız sistemlerinin stabil yaşam ortamı oluşturma potansiyeli biraz daha yüksek olduğu kabulü yapılıp daha gerçekçi bir N sayısı elde edilebilir (zira iç gezegen kuşağını asteroidlerden koruyan bir Jüpiter’imiz bile var). Ancak, bu da elbette direkt yaşam potansiyeli ölçütü olmamalı, ileri sistemlerde yapılan keşiflerle birlikte bu tür gaz devlerinin (sıcak Jüpiterler) yıldızlarına çok yakın bölgelere doğru ilerledikleri tespit edilmiş, gezegen oluşum süreçlerinde hayatta kalma potansiyelini de düşürdükleri de yapılan çalışmalarda bildirilmiştir.  Özetle Drake denklemindeki bir parametreyi etkileyen diğer tüm parametrelerin kendi içerisinde de farklı ödünleşim etkileri bulunuyor.

Şekil 2: Yıldız sistemlerinde olduğu gibi benzer şekilde galaktik yaşanabilir bölge yde eşil ile gösterilmektedir. Galaksi merkezinde yüksek miktarda radyasyon yayılmaktadır (yüksek oranda gama ve X arkaplanı) bu nedenle yaşama elverişliliği düşüktür. Benzer bir durumu galaksinin uzak kollarında bulunan yıldız sistemlerinin de tecrübe ettiği düşünülmektedir, bu bölgede de metal yoğunluğu az olduğundan gezegen oluşum süreçleri zayıflamaktadır (NASA / CALTECH).

“f_l” parametresi (fraction to develop life), tüm bu yaşam potansiyeli olan gezegenlerde hayatın (tek hücreli bakteriler, ilkel yaşam formları, vb.) oluşma ve filizlenme ihtimalidir. Bu noktada hayatın başlangıcıyla ilgili “kaçınılmaz” ve “mucize” şeklinde iki apayrı görüş mevcut. Bilim dünyasının bilmiyoruz noktası burasıdır, zira bu değişken uygun koşullara sahip bir gezegende bileşiklerin ve organik moleküllerin bir araya gelerek canlı oluşturma ihtimalini temsil eder (abiyogenez).  Tartışmalarda da iki zıt kutba ayrılmasının temel nedeninde evrenin doğası gereği canlılık üretmek ve bunun istatistiksel bir mucize olabileceği konusudur.  İlk argümana göre eğer gezegende su, enerji ve doğru kimyasallar bulunuyorsa (C, N, O) hayatın başlangıcı kütleçekimi kadar doğaldır (yani f_i = ~ 1). Diğer taraftan bu olayın teorik olarak mümkün ancak gerçekleşme olasılığının < 0.000000000001 (trilyonda birden az) olduğunu belirten ikinci senaryoya göre, serbest bileşenlerden kendini kopyalayabilen (DNA/RNA) moleküler yapılara geçişin olasılığının kozmik bir kaza olduğunu savunur, zira bir hücre yapısının en temel bileşeni bile o kadar karmaşıktır ki parçaların birleşmesi ve bir araya gelmesi ihtimali çok düşük kabul edilir. Eğer bu doğruysa evrende çok yalnızız demektir. Aslında bu olasılık havaya atılan bozuk paranın üst üste 38  kez yazı gelmesinden daha düşük bir olasılık olarak hesaplanmıştır, sayı ve mantık için kafada canlandırması biraz güç, bu yüzden istatistik asla yalan söylemez, ama sandığımız soruyu cevaplamıyor da olabilir. Bunun zihnimizde daha imge uyandırması için Türkiye’de içerisinde 100 bin adet kitap olan on adet kütüphane düşünün, devasa kütüphaneler. Bu kütüphanelerde de her biri ortalama 500 sayfa, ve her sayfasında yaklaşık 2000 karakter bulunan kitaplar olsun. Bu durumda toplam karakter sayısı bir trilyona ulaşır. Kütüphanelerdeki tek yazım hatası sadece bir kitabın bir sayfasında olsun. Herhangi bir kütüphaneye girip, rastgele bir kitabı çekip, rastgele bir sayfayı açıp, rastgele bir harfe dokunduğunuzda o harfin tüm kütüphanelerdeki tek yazım hatası  olma olasılığı  koşulsuz olasılığa göre 10^-12’dir.

Şekil 3: Güneş sistemimize yakın bazı ötegezegenler, bu tipte ötegezegenlerin atmosferlerinde metan ve su buharı gibi yaşam olasılığını destekleyebilecek spektral izler araştırılıyor (PHL/UPR Arecibo).

“f_i” yani (tüm bunların ardından) akıllı yaşam olasılığı, en can alıcı parametre olarak zeki yaşamın gelişimi oranı: alet kullanmak, soyut düşünmek, karmaşık diller geliştirmek gibi özelliklerin oluşması gibi özellikler denklemi oluşturan akıllı yaşamı tanımlamakta. Son derece optimist bir yaklaşımla Dünya’da zeka yalnızca insanlarda değil, diğer canlı türlerinde de, kargalar, yunuslar gibi türlerde farklı seviyelerde defalarca ortaya çıkmış olduğu kabul edilmekte. Bu değer 10 ile 50% (yazı ya da tura) arasında değişiyor,  yani canlılık barındıran her 2 – 10 gezegende bir zeki yaşam oluşma olasılığı bulunuyor. Bunun zıttıysa zekanın bir anomali olduğunu, çok maliyetli ve riskli bir strateji olduğunu öne sürmekte. Beyin (vücut enerjisinin oldukça yüksek bir miktarını harcadığından dolayı çok maliyetli bir organ olarak kabul edilir. Milyonlarca yıllık yaşam tarihinde, milyonlarca tür arasından, tek bir tür (insan) radyoyu ve FM modülasyonu icat edebilecek seviyeye ulaştı (dinozorlar milyonlarca yıl boyunca Dünya’yı yönetti ve tenoloji geliştirmediler). Bu nedenle zeka hayatta kalmak için o kadar gerekli olsaydı eninde sonunda çok fazla sayıda türde  bunu daha sık gözlemlerdik (bu durumda da akıllı yaşam olasılığı milyarda bir mertebelerine kadar düşmekte).

“f_c”, akıllı bir uzaylı olması durumunda, uzaydaki diğer uzaylı medeniyetlerle iletişim kurmak için harekete geçen ve uzaya sinyal gönderen akıllı medeniyetlerin (bkz. Arecibo mesaj sinyali*) oranıdır. Bu konuda da karanlık orman hipotezinde olduğu gibi akıllı yaşam formlarının olası riskler (yıldızlararası savaş)  nedeniyle diğerleri ile iletişime geçmedikleri yönünde şüpheci yaklaşımlar bulunmaktadır. Diğer bir konu da, gönderilen/gelen mesaj sinyalinin ne kadar tespit edilebilir olduğu ve ne kadar hassas tespit edebildiğimizdir. Birkaç ışık yılı öteden gelen radyo sinyallerini tespit edebiliyoruz ancak çok daha uzak mesafelere sinyal gönderme kabiliyetine sahibiz. Bu noktada, elbette galaksimiz pek çok düşünür akıllı yaşamla dolup taşmış da olabilir, ancak “radyo istasyonları” yok denecek kadar az da olabilir. 2026 yılı itibariyle radyo sinyallerinin 130, TV yayınlarının uzaya gönderilmesinin üzerinden ise yaklaşık 100 yıl geçti, bu da 100 ışık yılı öteye kadar mesajımızın iletilebildiğini göstermekte. Ancak bu telekomünikasyon sinyalleri güçlerini uzaklığın tersinin karesi  (inverse square law) ile kaybettiğinden oldukça düşük güç seviyelerinde  neredeyse kozmik gürültüyle birlikte seyahat etmekteler ve radyo teleskoplar ile tespit edilmeleri de oldukça güç.

“L” bir akıllı medeniyetin uzaydaki ömrü, denklemin kozmik kronometresi olarak nitelendirilebilir. Diğer tüm değişkenler toplamda milyarlarca yıllık süreçleri temsil ederken, L tamamen sosyolojik, teknolojik ve etik bir süreci temsil eder. Bu parametre akıllı medeniyetin dış uzaydaki başka bir medeniyete tespit edilebilir sinyaller gönderdiği toplam süreyi ifade ederi. Konsept olarak Drake denklemini, Fermi paradoksunu en çok etkileyen zaman çarpanı budur. Temelde eğer bu akıllı medeniyetler çok kısa süre hayatta kalıyorsa, galaksi yaşamla dolu olsa bile, bu yaşamlar farklı zaman dilimlerine denk geldiği için asla tanışamazlar.

L değerini belirleyen  bazı senaryonar bulunmakta, bunlar kendi kendini yok etme ve kozmik felaketler olarak büyük filtre teorisi kapsamında iki ana başlığa ayrılıyor. İlkinde medeniyetlerin hayatta kalma kapasiteleri arttıkça birbirlerini yok etme potansiyelleri de artmakta; nükleer savaş, iklim krizi ve doğal kaynakların tüketimi, yapay zeka ve biyolojik silahlar (hepsi bir arada olunca tombala etkisi yaratıyor) gibi içsel unsurlar sayesinde bu katsayının yaklaşık 300 – 400 yıl civarında olduğu beklenmekte. Kozmik felaketlerin sunduğu bazı dış tehdit unsurları ise asteroidlerle meydana gelen çarpışma riskleri (dinozorların başına gelen senaryo), süpernova patlamaları, gama ışını patlamaları ile listelenmekte. L değeri için olası tahminler kısa ömürlü medeniyetlerin yaklaşık 300 – 500 yıl civarında hayatta kalma süreleri olduğu öngörülürse galakside zeki yaşamla karşılaşma ihtimalimiz (500 ışık yılı uzaklık içerisinde) yok denecek kadar azdır. Orta ömre sahip  olan galaktik medeniyetlerin (10 bin ve 100 bin yıl arası) aynı anda galakside bulunma ihtimali artarak, Samanyolu aynı anda 10 – 50 medeniyete ev sahipliği yapabilir. Galaksideki ölümsüz medeniyetler ise (Star Trek evreni gibi) milyonlarca yıl L değerine sahiptirler, her köşe başındaki gezegende birileri koloni kurmuştur.

Biz neredeyiz?

Bizim L değerimizin yaklaşık 100 ve 130 yıllık TV ve radyo sinyalleri olduğunu düşünürsek ve önümüzdeki birkaç yüzyıl içinde kendimizi yok edersek  Samanyolu’nda sadece bir anlık yanıp sönen çok kısa ömürlü bir kıvılcım olacağız. Eğer başka bir gezegende koloni kurmayı başarırsak (Mars, Europa vb.) tek bir gezegene bağlı kalma koşulunu ortadan kaldırıp belki L değerimizi binlerce ya da yüzbinlerce yıla çıkarabiliriz. Siz de bu denklemin ve Fermi Paradoksu’nun aslında uzaylı aramaktan çok kendimizi ne kadar akıllı olarak tanımlıyoruz, teknolojik olarak gücümüzün etik olgunluğumuzu ne kadar geçip geçmeyeceğine olanak sağlıyoruz gibi soruları anlamak için ortaya atıldığını fark ettiniz mi? Elle tutulur (tutulmaz), gözle görülür (tartışılır) akıllı bir bulguya rastlamak biraz daha (uzun) zaman alacak gibi gözüküyor.

Şekil 4: Drake Denklemi (Rochester Üniversitesi).

* Daha yüksek güçte sinyallerin gönderildiği Arecibo binary mesaj sinyali (450 kW) 1974 yılında M13 yıldız kümesine gönderilmişti. Gönderilen sinyalin Teegarden yıldızında bulunan Teegarden b ötegezegenine eriştiğinde ise 10^-22 W/m² sinyal yoğunluğunund altında olması hesaplanmış.

Kaynakça:

• Drake, F. D. (1961). The Radio Search for Intelligent Extraterrestrial Life. In: Current Aspects of Exobiology, Pergamon Press.
• Shklovskii, I. S., & Sagan, C. (1966). Intelligent Life in the Universe. Holden-Day.
• Robitaille, T. P., & Whitney, B. A. (2010). “The Self-consistent Classification of Star-forming Objects: The Case of the Milky Way.” The Astrophysical Journal Letters.
• Chomiuk, L., & Povich, M. S. (2011). “Toward a Unification of Star Formation Rate Determinations in the Milky Way.” The Astronomical Journal.
• Cassan, A., et al. (2012). “One or more bound planets per Milky Way star from microlensing observations.” Nature.
• Petigura, E. A., Howard, A. W., & Marcy, G. W. (2013). “Prevalence of Earth-size planets orbiting Sun-like stars.” Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
• England, J. L. (2013). “Statistical physics of self-replication.” The Journal of Chemical Physics.
• Webb, S. (2015). If the Universe Is Teeming with Aliens… WHERE IS EVERYBODY? Seventy-Five Solutions to the Fermi Paradox and the Problem of Extraterrestrial Life. Springer.
• Bolmont, E., Libert, A. S., Leconte, J., & Selsis, F. (2016). Habitability of planets on eccentric orbits: Limits of the mean flux approximation. Astronomy & Astrophysics, 591, A106.
• Madau, P. (2023). Beyond the Drake Equation: A time-dependent inventory of habitable planets and life-bearing worlds in the solar neighborhood. The Astrophysical Journal, 957(2), 66.
• Palencia-Torres, K. D., Quiñones-Martínez, C. F., Sepúlveda, J. A. G., Gabriel, L. R. R., Roubert, L. M., Pérez, G. V., & Méndez, A. (2024). The Last Arecibo Message. arXiv preprint arXiv:2411.09790.