Güneş Sistemi Dışındaki Gezegenler Nasıl Gözlemleniyor?
Bundan 30 yıl öncesine kadar, keşfettiğimiz gezegenlerin hepsi yalnızca kendi güneşimiz çevresinde dolanıyorlardı. Ancak gezegen yalnızca Güneş’e ait bir cisim olamazdı. Samanyolu Gök adasında mutlaka bir yerlerde başka gezegenler, hatta o gezegenlerin bazılarında yaşam bile olmalıydı diye düşünmüştü bilim insanları. Henüz Dünya dışı bir yaşam bulamasak da evrenin başka gezegenler ile dolu olduğunu keşfettik yıllar içerisinde. Peki bunu nasıl başardık?
Güneş Sistemi Dışı Yıldız Avcılığı
Uzay teleskopları… Bu devrim yaratan cihazlar Dünya’nın atmosferinden kaynaklanan kirlilikten uzak olduğu için olağanüstü tutarlılıkta gözlemler yapabilmektedir. Bizlerin Güneş Sistemi’nin dışındaki diğer yıldızları tam tutarlılıkla içlerindeki materyale kadar görebilmemizi sağlayan yine bu robot dostlarımızdır. Yıldızın yansıttığı ışık tayfı sahip olduğu materyaller hakkında bizlere bilgi verir. (Kırmızı renk ışık tayfının demiri yansıtması gibi) Spektrometre adı verilen cihaz yardımıyla yıldızın gönderdiği ışığın renk oranınına bakılır ve buradan yola çıkarak yıldızın barındırdığı elementler ölçülür. Bu işlem Dünya’daki cisimlere Isaac Newton tarafından ilk defa ışığın bir prizma içinden geçirerek uygulanıyor. Ancak profesyonel anlamda spektroskopiyi astrofiziğe kazandıran kişi Dünya’daki ilk kadın astrofizikçilerden biri olan Cecilia Payne-Gaposckin’dir. Gaposckin, bu yöntem sayesinde yıldızların tamamının Helyum ve Hidrojen atomlarından oluştuğunu kanıtlamıştır.
Artık 21. Yüzyılda gökbilimcilerin kendi imkanlarıyla teleskop oluşturup kullandığı devirler sona erdi. Şu anda Dünya yüzeyinde de Dünya dışında devasa insansız teleskoplar var. Bu teleskoplar bir bakıma günümüzün kaşifleri ve bilim insanları bu kaşiflerin bizlere sunduğu verileri değerlendiren bir role büründüler. Bilim ve teknolojinin bu güzel ilişkisi de bizlere müthiş bir çocuk armağan etti: Güneş Sistemi dışındaki gezegenler, yani exoplanets….
Özellikle Kepler Uzay Gözlemevi’nin bizlere sunduğu gözlemler bizleri şok etti. Diğer yıldızların gezegenlerini görebiliyorduk ve onlardan gelen ışınları spektroskop ile ayırdığımızda içindeki elementleri de görebilmiştik. Birçoğundan mavi ve sarı ışınlar gelmişti. Sıvı halde su bulunduruyorlardı! Bu devrimin hemen ardından astrofizikçiler bu gezegenlerin boyutlarını ölçmeye koyuldular. Bunu yapmak için gezegenin, kendi Güneş’inin etrafında dolanmasını beklediler.
NASA’nın Carl Sagan Dünya Dışı Gezegen Araştırma Enstitüsü üyesi ve Washington Üniversitesi Öğretim Görevlisi Sarah Ballard yönetimindeki araştırma ekibi, tüm bu yöntemleri kullanarak Güneş Dışındaki gezegenlerin barındırdıkları elementleri ve boyutlarını araştırıp katalogluyor.
İnsanlık içinde bulunduğu yalnızlıktan kurtuluyor, yalnızca kendi galaksimizin kolundaki yıldızları bile araştırdığımızda yüzden fazla Dünya benzeri (Sıvı halde su barındıran, Oksijeni olan) gezegenler buluyoruz. Bu araştırmalarımız, o gezegenlere ulaşacak bir teknoloji keşfettiğimiz zaman tam anlamıyla sonuçlanacak. “Şimdi yalnızca kozmik okyanusta ayaklarımızı gezdiriyoruz.” demişti Carl Sagan. Yaşam, yaşamı aramaya devam edecek.
Yıllardan 2000 olmalı, eğer öyleyse 8 yaşındayım. Ankara’da teyzemlere gelmişiz, akşam sıkılmayayım diye elime eski Bilim ve Teknik dergileri tutuşturuluyor. Bir köşeye çöküp dergilerin resimlerine, yazıların ilgi çekici kısımlarına gömülüyorum. Cassini denen bir uzay aracının ta Satürn’e gönderildiğini işte o zaman öğreniyorum, 1997’de fırlatılışından 3 yıl sonra.
Yazının biri* ilgimi o kadar çekiyor ki yazıyı baştan sona okuyorum. “Büyük kaşiflerin sonuncusu” diyor yazı, ama nasıl şaşkın bir kaşifse Cassini Satürn’e değil Venüs’e doğru fırlatılmış! Çünkü sebebini tam anlayamadığım bir şekilde (“kütleçekim desteği” diye bir yöntem) Cassini önce Venüs’e, sonra uzayda dolanıp gene Venüs’e gidip, oradan Dünya’ya dönüp Satürn’e öyle varacakmış… “Öyle zaman kaybı değil mi, düz gitse daha kolay olmaz mı?” diyorum içimden, ama değilmiş işte! Satürn Güneş’e çok uzakta olduğu için (tam 1,4 milyar kilometre!) aygıtları plütonyum denen radyoaktif bir madde ile çalışacakmış, ama hem fırlatılırken hem de 1999’da Dünya’ya yeniden uğradığında bir aksilik çıkıp uzay aracı patlarsa atmosfere dağılacak o madde bizim için zararlı olabilirmiş. İnsanlar bir sürü eylem yapmışlar ama neyse ki roket fırlatılırken bir şey olmamış. Huygens denen küçük bir uzay aracı da Cassini ile birlikte gidiyormuş, Satürn’e vardıklarında Huygens Titan’a, şu atmosferi olan büyük uyduya inecekmiş. Ama yazıdaki tabloya bakınca bir “of” çekiyorum, çünkü tarihler çok uzak… Cassini daha Jüpiter’e bile varmamış, Satürn’e varmasına ise 4 koca yıl varmış. Görevinin tamamlanması için verdikleri yıl ise 2008. Yeni “milenyum”un heyecanını daha üzerinden atamamış benim için 2008 bana inanılmaz uzak bir tarih gibi geliyor. Evdekiler sesim çıkmıyor diye memnun, ben ise dergiler bitince heyecanlı bir şekilde kafa ütülemeye geri dönüyorum.
Cassini’nin kafamı karıştıran tuhaf rotası
Açıklı koyulu bölgeleriyle İapetus
Hakikaten de Cassini, 2004’te sağ salim Satürn’e varıyor, “Ben daha küçükken biliyordum Cassini’yi, ehe ehe” diyorum içimden. Yakın çekim fotoğraflar yavaştan Dünya’ya ulaşmaya başlıyor. Ertesi yıl, Huygens bir ilki gerçekleştirerek uzaklardaki soğuk ve yabancı bir dünyaya, Titan’a yumuşak iniş yapıyor. Hemen her ay, yeni birkaç fotoğrafla veya yeni bir keşifle kendinden bahsettiriyor Cassini. Henüz hızlı bir internetim veya düzgün bir İngilizcem yok ama haberleri o zamanlar yutarcasına okuduğum Bilim ve Teknik’ten takip ediyorum. Dünya’ya ulaşan fotoğraflardan açıkça görünüyor ki Satürn ihtişamlı halkalarıyla olduğu kadar birbirinden ilginç uydularıyla da eşsiz bir hedef: Kalın metan atmosferi ve metan gölleriyle Güneş Sistemi’ndeki hiçbir yere benzemeyen Titan, koca bir kraterle ısırılmış bir elmayı—ya da bilenler için Yıldız Savaşları’ndaki Ölüm Yıldızı’nı—andıran Mimas, yin-yang gibi bir yarısı kar gibi beyaz, öbür yarısı kömür gibi kara olan İapetus, uzaya su fışkırtan gayzerlere sahip süngerimsi bir buz topuna benzeyen Enceladus… Gerçi 1980 ve 1981’de Satürn’e uğrayıp yollarına devam eden Voyager 1 ve 2 uyduları sayesinde elimizde halihazırda birçok bilgi vardı ama 30 yıl ileri bir teknolojiyle Satürn’ü incelemek, ve bunu yıllarca Satürn’ü turlayan bir uzay aracıyla yapmak ufkumuzu misli misli genişletiyor…
Birçok uzay görevinde olduğu gibi, sorunsuz çalışmaya devam eden Cassini’nin görevi 4 yıldan 13 yıla kadar uzatılıyor, ilkokula başladığım yıl fırlatılan Cassini ise yüksek lisansa devam ederken bile hiç mızmızlanmadan Satürn’ün etrafında turlamaya, uyduların yanından geçip etrafın fotoğraflarını çekmeye devam ediyor, ta ki 2017’nin eylülüne kadar.
Cassini’nin çektiği son fotoğraflardan biri…
Cassini daha uzun süre çalışabilirdi kuşkusuz, fakat her ne kadar faydalı veriler gönderse de 90’ların teknolojisine sahip bir uzay aracını Dünya’dan kontrol etmek çok kolay değil. Cassini zaten ilk planlanan görev süresinin üç katı kadar çalıştı, kaldı ki Cassini’nin enerji kaynağı olan plütonyum bloklar, zaman geçtikçe daha az enerji ürettiği için eninde sonunda Cassini bir gün sessizliğe gömülecekti. Bu yüzden Cassini ekibi, son günlerinin daha da faydalı olması için Cassini’yi Satürn ile halkalarının arasındaki boşluğa akrobatik dalışlar yapan kozmik bir cambaza dönüştürdü. Cassini’nin bu son görevi tehlikeliydi kuşkusuz, ama son günlerini yaşayan bu kozmik cambaz daha fazla fedakarlığı alçakgönüllülükle kabul etti (Neyse ki Cassini, kendisine verilen görevlere burun kıvırabilecek şekilde programlanmamıştı!)… Böylece geçtiğimiz aralıktan beri Cassini, Satürn’e hiçbir uzay aracının olmadığı kadar yaklaşarak, kah Satürn’ün yüksek dozajlı radyasyonuna maruz kalarak, kah halkaların tozlu ve tehlikeli boşlukları arasından geçerek Satürn’ün atmosferi, yüksek bulutları ve halkaları hakkında eşsiz bilgiler topladı. Fırlatılışından 19 yıl, 335 gün sonra, 15 Eylül 2017’de ise Cassini, Satürn’ün eşsiz uydularını “kirletme” riskini ortadan kaldırmak adına Satürn’ün kucağına doğru son bir dalış yaptı. Satürn’ün gittikçe kalınlaşan atmosfer katmanlarına hızla girerken son sinyallerini gönderdi ve yıllardır incelediği gezegenle bütünleşerek sonsuza dek sessizliğe gömüldü…
Cassini, Satürn’ün etrafında dolandığı 13 yıl boyunca merak ettiğimiz birçok gizemi çözüp birçok yeni keşfin yapılmasını sağladı, bir o kadar da yeni sorunun tomurcuklanmasına önayak oldu. Planlanması, montajı, fırlatılması, uzayda turlamasıyla bu yazıyı okuyan birçok genç beyinden daha uzun bir geçmişe sahip Cassini’nin kaybı, uzay aracına yıllarını veren Cassini ekibi kadar dünyanın dört bir yanındaki gökbilim meraklılarını da buruk bir hüzne boğdu. Ne de olsa Cassini değerli bir uzay aracı olduğu kadar birçoğumuzun hayatının önemli bir kısmını dolduran bir simge, uzayda dolanan bir dosttu…
Not: NASA’nın Cassini için hazırladığı İngilizce e-kitaba buradan göz atabilirsiniz (PDF ve e-kitap formatları mevcut).
* Sunay, Çağlar. “Büyük Kaşiflerin Sonuncusu Cassini”. Bilim Teknik. Sayı 360 (Kasım 1997). Sayfa 32-39.
Ankara ve Ege Üniversitesi’nden dört bilim insanı Rus ve Japon bilim insanlarıyla ortak yürüttükleri 10 yıllık bir çalışmanın sonunda, 212 ışık yılı uzaklıkta Jüpiter’in 1.5 katı çapa sahip olan bir ötegezegen keşfettiklerini duyurdular. Bu keşif, Türk bilim tarihinde keşfedilen ilk ötegezegen oldu. Ankara Üniversitesi’nden Mesut Yılmaz’ın baş yazar olduğu makalede, Ege Üniversitesi Uzay Bilimleri Bölümünden Varol Keskin, Ankara Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümünden Selim Osman Selam ve doktora öğrencisi İbrahim Özavcı da bulunuyor.
TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi’nde yer alan 1.5 metre çaplı Rus-Türk teleskobu ile Japonya Okayama Gözlemevi’nde bulunan bir teleskop kullanıldı. TÜBİTAK tarafından desteklenen bu çalışmada yapılan analizlerin sonucunda gözlenen bu yıldızın hareketindeki değişimi incelediklerinde, kaynağın Jüpiter’e çok benzeyen bir gezegen olduğu ortaya çıktı. Jüpiter’den 1.5 kat daha büyük boyutlara sahip olan bu gezegen, yıldızı etrafındaki turunu neredeyse 365 günlük bir sürede tamamlıyor. Yıldızına olan uzaklığı ise 1 astronomik birim( Dünya ile Güneş arasındaki uzaklığa verilen isim, 149,5 milyon km).
Mesut Yılmaz, 212 ışık yılı uzaklıkta bulunan bu gezegene “Türk” ismini koymak istediklerini, bununla ilgili bir oylama yapabileceklerini belirtti. “Bildiğim kadarıyla Japonya, ABD, Fransa ve Kanada, keşfettikleri ilk gezegene bir isim verdiler. Bizde de neden olmasın? “Benim “Türk”, “Türk1” ve “Atatürk” isimleri aklımda geçti.” ifadelerini kullandı.
Cambridge Üniversitesi’nde görevli astronomlar tarafından ölçülen en küçük yıldız keşfedildi. Boyut olarak Satürn’den çok az bir farkı bulunsa da, kütleçekimsel kuvveti Dünya’daki bir insanın hissetiği kuvvetten 300 kat daha güçlüdür.
Bu yıldız muhtemelen yıldızların oluşabileceği bir büyüklükte çünkü Hidrojen’i Helyum’a dönüştürecek nükleer füzyon için yeterli kütleye sahip. Eğer birazcık daha küçük olsaydı yıldızın merkezindeki basınç bu süreci devam ettirmeye yeterli olmayacaktı. Hidrojen füzyonu aynı zamanda Güneş’in ışıma gücünü sağlayan bir olaydır ve biz bu mekanizmayı Dünya’da bir enerji kaynağı olarak da kullanmaktayız.
Bu küçük yıldızlar Trappist-1gibi Dünya benzeri gezegenlerin olduğu yıldız sistemlerinin tespiti için de en iyi adaylardan biri.
EBLM J0555-57Abolarak adlandırılan bu yıldızın Dünya’dan 600 ışık yılı uzaklıkta yer aldığı tespit edildi. Çift yıldız sisteminin bir parçası olan yıldız kendisinden daha büyük olan ”arkadaşının” önünden geçerken tespit edildi, ki bu method normalde yıldızların değil gezegenlerin tespitinde kullanılmaktadır. (Bkz: Kütleçekimsel Mercekleme Yöntemi) Bu konunun detayları Astronomy&Astrophysics isimli dergide yayınlanacak.
Cambridge Cavendish Laboratuvarı ve Astronomi Enstitüsü‘nde yüksek lisans yapan ve çalışmanın baş yazarı olan Alexander Boetticher ”Bu çalışma bize yıldızların ne kadar küçük olabileceğini gösterdi” dedi ve ekledi: Bu yıldızın kütlesi biraz daha düşük olsaydı, çekirdeğindeki hidrojen füzyon reaksiyonu gerçekleşemezdi ve yıldız bunun yerine kahverengi bir cüce haline dönüşürdü.
EBLM J0555-57Ab, gezegen bulma projesi olan ve Keele, Warwick, Leicester and St Andrews Üniversiteleri‘nce yürütülen WASP isimli çalışma ile keşfedildi. EBLM J0555-57Ab, arkadaşı olan yıldızın önünden geçerken (çift yıldız tutulması) tespit edildi. Ana yıldız bu geçişte periyodik olarak karardı, ki bu onun yörüngesinde olan bir yıldızın imzasıydı. Bu olay sayesinde astronomlar cisimlerin kütleleri ve boyutlarını ölçebilmektedir, bu olayda ölçtükleri cisim küçük bir yıldızdı. EBLM J0555-57Ab’in kütlesi , CORALIE spektrografisinin verilerini kullanarak, Doppler, wobble yöntemi ile ölçüldü.
Von Boetticher: ”Bu yıldız, bilinen diğer birçok gaz devi olan ötegezegenden daha ufak ve daha soğuk. Yıldızlararası fiziğin en etkileyici yanlarından biri, bu tür küçük yıldızların kütlesini ölçmek diğer büyük gezegenlere göre daha zordur. Neyse ki ötegezegen araştırmalarımızda bu tars çift yıldız sitemlerinde böyle küçük yıldızları keşfedebiliyoruz. Şaşırtıcı gelebilir ama yıldız bulmak bizi gezegen bulmaktan daha çok zorluyor” dedi.
Bu yeni ölçülen yıldız, TRAPPIST-1 için mevcut tahminle karşılaştırılabilir bir kütleye sahiptir; ancak, yarıçapı yaklaşık% 30 daha küçüktür. Cambridge Astronomi Enstitüsü^nün kıdemli araştırmacısı olan yazar Amaury Triaud, ”En küçük yıldızlar, Dünya benzeri gezegenlerin keşfi için en uygun koşulları sağlıyor. Bir ötegezegeni anlamak için önce yıldızını anlamak gerek, bu en temel şeylerden biri “diyor.
Evrende çok sayıda yıldız olmasına rağmen, Güneş’in % 20’sinden daha küçük boyutta ve kütlede olan yıldızlar, düşük boyutları ve parlaklıkları nedeniyle algılanmaları zor olduğundan çok net anlaşılamamıştır. Bu çalışmada yıldızların anlaşılmasında kullanılan EBLM projesi bu bilginin açığa çıkarılmasını hedefliyor. Cambridge’in Cavendish Laboratuvarı’nın ortak yazarı Prof. Didier Queloz, “EBLM projesi sayesinde var olan yaygın yıldızların çevresindeki gezegenlerin , TRAPPIST-1’in etrafında dönen gezegenleri anladığımız gibi anlayacağız” dedi.
İleri Okuma:Alexander von Boetticher et al. ‘A Saturn-size low-mass star at the hydrogen-burning limit.’ Astronomy & Astrophysics (2017). arXiv: arxiv.org/abs/1706.08781
Uluslararası bir astronomi ekibi, bilinen en yüksek kütleli ve en saf bileşimli kahverengi cüceyi (nükleer füzyon için çok küçük kütleli bir yıldız) keşfettiklerini açıkladı. SDSS J0104+1535 adıyla bilinen bu gök cismi, galaksimizin en dış bölgesine uzanan halelerden birinin içinde yer almaktadır. Bilim insanları bu keşfi “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society” isimli dergide yayımladı.
Kahverengi cüceler, yakıtını kullanan yıldızlar ile onların etrafında dönen gezegenlerin ortasında bir boyuttadır. Hidrojeni helyuma dönüştüren nükleer füzyon için çok küçük boyuttadırlar ancak gezegenlerin bir çoğundan da yüksek bir kütleye sahiptirler. Dünya gezegeninden 750 ışık yılı uzaklıkta, Balık Takımyıldızı’nda bulunan SDSS J0104+1535, Güneş’ten 250 kat daha saf bir gaz yapısına sahiptir ve bünyesinde 99.99% hidrojen ve helyum gazı barındırır. Tahmini olarak 10 milyar yıl önce oluştuğu düşünülmektedir. Ayrıca ölçümler göstermektedir ki bu kahverengi cüce yaklaşık olarak Jüpiter’in 90 katı bir kütleye sahiptir. Bu da SDSS J0104+1535‘i bilinen en yüksek kütleli kahverengi cüce yapar. Daha önceden kahverengi cücelerin ilkel gazlardan oluştuğu bilinmiyordu ve bu keşif bize galaksimizin antik geçmişinden gelen bir sürü ”saf” kahverengi cüce olabileceğini gösterdi.
Bu ekibin başında olan, Kanarya Adaları’ndaki Institute of Astrophysics’den Dr.ZengHua Zhang:
”Bu kadar saf içeriğe sahip bir kahverengi cüce görmeyi beklemiyorduk. Bu keşif bizlere daha keşfedilmemiş bir çok şeyin olabileceğini gösteriyor. Dışarıda buna benzer keşfedilmeyi bekleyen gök cisimleri yoksa, bu beni çok şaşırtacaktır.”
SDSS J0104+1535, optik ve yakın-kızılötesi spektrumu yardımıyla L tipi bir ultra-kahverengi cüce olarak sınıflandırıldı. Bu ölçüm Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskop’u (European Southern Observatory’s Very Large Telescope) yardımıyla yapıldı. Bu sınıflandırma, yakın zamanda Dr. ZengHua Zhang’in yayımlanan şeması üzerine kuruludur.
Orjinal Makale Kaynağı: Z. H. Zhang et al. Primeval very low-mass stars and brown dwarfs – II. The most metal-poor substellar object, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (2017). DOI: 10.1093/mnras/stx350
Bu yıldız şu ana kadar gördüğümüz yıldızlardan kara deliğe en yakın olanı. Astronomların keşfettiği bu yeni yıldız devasa bir kara deliğin etrafında, Dünya’nın Ay’a olan uzaklığının 2.5 katı uzaklıkta dönüyor. Kara deliğin etrafında bir turunu tamamlaması sadece yarım saat sürüyor. Ay’ın görece küçük Dünya’mız etrafındaki bir turunu 3,683 km/saat hızda 28 günde tamamladığını göz önüne aldığımız zaman yıldızın akıl almaz bir hızda hareket ettiği ortaya çıkıyor.
Bir astronom takımı, teleskoplarla yapılan derin uzay gözlemlerinden elde edilen verileri kullanarak 47 Tuc X9 adı verilen ve bizden 14,800 ışık yılı uzaklıkta bulunan bir yıldız kümesinin içinde olan ikili yıldız sisteminden yayılan X ışınlarını ölçtüler. Yıldız çifti astronomlar için yeni değildi; bu yıldız çifti 1989 yılından beri biliniyordu fakat orada tam olarak neler olduğu daha yeni açıklık kazanmak üzereydi. Araştırmacı Arash Bahramian bu konu hakkında şunu belirtiyor: “ Çok uzun bir süredir X9’un düşük kütleli, Güneş’e benzeyen bir yıldızdan madde çeken bir beyaz cüce olduğu düşünülmüştü.” Bir beyaz cüce başka bir yıldızdan madde çektiği zaman bu sistem “kataklizmik değişen yıldızlar” olarak adlandırılır ama 2015 yılında bunlardan birinin kara delik olduğunun bulunması bu sistemin kataklizmik değişen yıldızlar sistemi olma hipotezine ciddi bir kuşku düşürdü. NASA’nın Chandra Teleskobu’ndan gelen veriler ikili sistemin arasında büyük miktarda oksijenin bulunduğunu açıkça gösterdi ve bu durum genellikle beyaz cücelerle ilişkilendiriliyordu ama beyaz cücenin başka bir yıldızdan madde çekmesi yerine, görülen o ki kara delik bir beyaz cüceden madde çekiyordu.
Beyaz cüceler genellikle bir yıldızın kalıntısı olan, yoğunluğu çok yüksek -Güneş’in kütlesinde ve sadece Dünya’mızın boyutunda olan bir cisim gibi- gök cisimleridir, yani beyaz cücelerin yüzeyinden madde çekmek güçlü bir kütle çekim kuvveti gerektirir. Curtin Üniversitesi’nde ve Uluslararası Radyo Astronomi Araştırma Merkezi’nde çalışan araştırmacı James Miller-Jones, yıldızın on milyonlarca yıldır kütlesinin büyük bir kısmını kara deliğe kaptırdığını ve şimdi geriye kütlesinden çok bir şey kalmadığını düşündüklerini belirtti. Gerçekten heyecan verici olan bu haberin, X ışını yoğunluğundaki değişimlerin beyaz cücenin yörüngesini 28 dakikada tamamlaması gerektiğini göstermesiyle bu beyaz cüceyi şimdiye kadar bilinen en hızlı kataklizmik yıldız yaptı. Miller-Jones aynı zamanda bu keşiften önce buna benzer herhangi bir kara deliğin ve bu kara deliğe en yakın yıldızın MAXI J1659-152 olarak bilinen bir sistem olduğunu ve yıldızın yörüngesini 2-4 saatte tamamladığını bildiklerini belirtti. Eğer benzer kara deliklerin her iki sistemde de benzer kütleleri varsa bu X9’da bulunandan fiziksel olarak 3 kat büyük bir yörüngeyi gösterir. Sonuç olarak X9’daki iki cisim arasındaki uzaklık yaklaşık 1 milyon kilometre ve Dünya’yla Ay arasındaki uzaklığın yaklaşık 2.5 katı. Sayıları kullanırsak yıldızın bu 6.3 milyon kilometrelik yörüngeyi yarım saatte dolaşması bize 12,600,000 km/saat’lik bir hız veriyor ki bu da ışık hızının yüzde biri kadar.
Sydney Üniversitesi’nden Geraint Lewis, The Sydney Morning Herald’dan Marcus Strom’a şöyle bir açıklamada bulundu: “Bu ender kara delikleri keşfetmek çok önemli çünkü onlar sadece devasa yıldızların süpernova patlamaları sonucunda oluştukları sonları değil, aynı zamanda başka yıldızların ölümünden sonra onların tekrardan evrilmesinde rol oynuyor. Bu iki gökcismi yakın zamanda birbirine kavuşamayacakmış gibi görünüyor, en azından beyaz cücenin kara deliğe düşecekmiş gibi görünen bu güzel dansı çok uzun bir süre devam edecek. Aslında bu iki gökcisminin geçmişte birbirine daha da yakın olduğu ortaya çıktı. Kara deliğin, beyaz cücenin yoğun ve güçlü kütle çekiminin üstesinden gelebilmesi için cisimlerin birbirlerine oldukça yakın olması gerekiyor. Zaman içerisinde beyaz cücenin maddesi kara delik tarafından süpürüldükçe, şimdi daha parlak olan beyaz cücemiz birazcık daha geriye gitti.” Araştırmacı Craig Heinke ise bu konu hakkında şunu belirtiyor: “Zamanla o kadar çok madde çekildi ki sonunda beyaz cücenin kütlesi sadece bir gezegenin kütlesi kadar kaldı. Eğer kütlesini kaybetmeye devam ederse beyaz cüce tamamen yok olup gidebilir.” Bu gelecekteki kütle çekim dalgaları araştırmalarında çalışacak bilim insanları için çok güzel bir haber çünkü şu an Lazer İnterferometre Kütle Çekim Dalga Gözlemevi tarafından kullanılan teknoloji X9’dan yayılan zayıf atımları fark edebilmek için yeterli değil, ama bu hala üzerinde çalışılmakta olan bir konu ve belki bir gün bilim bize zayıf kütle çekim atımlarını gözlemleme şansını verecek. Tabii ki o zamana kadar kataklizmik değişen yıldızların çok daha hızlı hareket eden yeni bir kral ve kraliçesi çıkabilir. Bu araştırma “Montly Notices of the Royal Astronomy Society” tarafından yayımlandı ve araştırmanın tamamı arXiv.org’da bulunabilir.
Bu yazıyı okumadan evvel bazı terimlere aşina olmanız adına daha önce yazmış olduğum “Güneş Sistemi Rehberi” ismindeki yazıyı okumanızı tavsiye ederim. Zihninizde oluşabilecek soruları cevaplamak adına, bahsettiğim yazıyı bu yazının sonrasında da okuyabilirsiniz .
Bir bütünün parçası olmak. Bu cümle size ne ifade ediyor? Sizce insanlar bir bütünün parçası olmak zorunda mı yoksa herhangi bir bütüne ait olmama şansımız var mı? Bulunduğunuz noktada çevrenize bir bakının veya yaşadıklarınızı düşünün; size göre bir bütün olmak ne demek? Aileleri, akrabaları, arkadaş gruplarını, pek mutlu bir çifti, bir okuldaki sınıfı ve benzeri örnekleri; bunların her birini kendi alanlarında bir bütün olarak kabul edebilir miyiz? Sayılanların her biri soyut da olsa bir bütün olarak tanımlanabilirler ve fark edebileceğiniz üzere çevremizde yer alan bütünler listesini arzuladığımız kadar uzatabiliriz. Çünkü hayatımızın her alanında yine bizlerin oluşturduğu istisnasız bir bütünlük topluluğu var, bir bütün oluşturan küçük parçalar var. Şu anda parçası olduğunuz ya da olmadığınız her bir bütünün kökeni, geçmişteki uzantılarımızın, sosyal olmanın gücünü keşfetmesine dayanıyor. Bizler, sosyal olabildiğimiz için şu anda bu denli kibirli, (biraz) zeki ve karmaşık varlıklarız. Böylece biz insanlar, geliştik ve hayatımızın her alanındaki küçük parçalara birer soyut anlam yükleyerek birleştirdik ve gerek kavramsal gerekse gerçek manada bir bütün oluşturduk.
Peki, sizce bir bütünün parçası olabilmek mi daha büyüleyicidir yoksa herhangi bir bütünün parçası olamamak mı? Böylesi bir soruya gezegenimizdeki kendi kurguladığımız gerçeklik ile değil de daha da somut bir açıdan cevap arayalım. Tam olarak bu noktada kozmos bizlere bir yardım eli uzatıyor. Geceleri temiz bir gökyüzü aracılığıyla gözlemlediğimiz o evren, bizlere gayet etkileyici bir cevap veriyor; her iki durum da büyüleyici olabilir. Hayatımda yaptığım ilk gözlem sonucunda ilk görüşte aşık olduğum Satürn de büyüleyici, Güneş Sistemi henüz bebeklik evresindeyken herhangi bir gezegen oluşumuna katılamadığından sistemin uzaklarına sürgün edilmiş, yıllar boyu hatırlanmayan, sadece (geçmiş bir yazımda da bahsettiğim gibi) dev gezegenlerin ve yıldızların rutin geçişi esnasında onların kütle çekim oyunlarına kanıp yıldızımıza doğru yönelen, Güneş’e yaklaştıkça eriyen ve kendisi eksilirken ardında oluşan o uzun uzadıya kuyrukları ile hatırladığımız kuyruklu yıldızlar da.
Giriş:
Günümüzden yaklaşık olarak 4,6 milyar yıl kadar önce, Güneş Sistemi henüz yeni yeni oluşur iken herhangi bir yapıya katılamayan bu artıklar bizlere periyodik olarak görsel şölen hazırlamak üzere kenara çekildiler. Astronomlar onları, içerdikleri toz, buz, karbon dioksit, amonyak, metan ve bazı değişik bileşiklerinden ötürü “kirli kar topları” ya da “karlı kirli toplar” olarak çağırıyorlar.
Kuyruklu yıldızların bazıları Güneş’in etrafında turlar iken çoğunluğu ise Plüton’un ötesinde bulunan Oort Bulutu ismindeki bölgede yer alıyor. Ara sıra bir bütünün parçası olamayan bu artıklar kütle çekim oyunları sonucunda İç Güneş Sistemi’ne doğru yaklaşıyorlar; bazıları bunu düzenli olarak bazıları ise birkaç yüzyılda bir yapıyor. Günümüzde yaşayan insanların çoğu, geçmişin artıklarının bizlere sunduğu görsel şölene tanıklık etmemiş olabilirler fakat yalnızlığın ve eksilmenin büyüleyici güzelliğine tanık edenler gördükleri manzarayı hayatları boyu unutamazlar.
Fiziksel Özellikleri:
Bir kuyruklu yıldızın çekirdeği çoğunlukla organik madde ile kaplı buz ve tozdan oluşur. NASA’ya göre kuyruklu yıldızın içerisinde yer alan buz, çoğunlukla donmuş su halindedir. Bunun yanı sıra buzun içeriğinde; donmuş amonyak, donmuş karbon dioksit, donmuş karbon monoksit ve donmuş haldeki metan da bulunabilir. Kuyruklu yıldız, gerek doğal bir şekilde gerekse dev bir cismin kütle çekimi nedeniyle, Güneş’e doğru yaklaştıkça yüzeyinde bulunan buz yavaşça ısınıp gaz haline geçer ve kuyruklu yıldızın başında yoğun bir bulut oluşturur. Biz o bulut görünümlü “şeye” kuyruklu yıldız saçı (coma) diyoruz. Güneş ışığı ve rüzgarları aracılığıyla kuyruklu yıldıza ulaşan radyasyon, kuyruklu yıldız saçındaki toz partiküllerini dışarıya doğru sürükleyerek bir tür “toz kuyruğu” oluşturur. Bu olay esnasında, kuyruklu yıldız yüzeyindeki bazı gazlar ise yine radyasyon ve sıcaklık etkisiyle iyon haline geçip, “iyon kuyruğu” oluşturur. Kuyruklu yıldızların kuyrukları güneş ışığı ve güneş rüzgarı ile şekillendiğinden, bu kuyruklar her zaman Güneş’in karşı tarafına doğru bizleri büyülüyor olurlar.
Asteroidler ve kuyruklu yıldızlar ilk bakışta karıştırılabilirler, zira onları birbirinden ayırt eden yegane özellikleri içerikleridir. Asteroidler, metal ve kaya içerikli iken; kuyruklu yıldızların içeriğinde Güneş’e yaklaştığında bizleri etkileyecek hale bürünen buz, toz ve organik bileşikler bulunur.
Hale-Bopp Kuyruklu Yıldızı. Telif: NASA
Bazı kuyruklu yıldızların saçı 1.6 milyon kilometreye, kuyrukları ise 160 milyon kilometreye kadar uzanabilir. Kuyruklu yıldızların saçları ve kuyrukları Güneş ışığını yansıttığından kendileri Güneş’e doğru yaklaştığı vakit yeterince büyük iseler temiz bir gökyüzünde onları çıplak gözle rahatlıkla gözlemleyebiliriz. Ne yazık ki çoğu kuyruklu yıldız, çıplak gözle gözlemlenemeyecek kadar küçük olduğundan kendilerini yalnızca teleskop aracılığıyla gözlemleyebiliyoruz.
Yörüngesel Özellikleri:
Astronomlar kuyruklu yıldızları Güneş etrafındaki yörüngelerini tamamlama sürelerine göre sınıflara ayırıyorlar. Bu ayrıma göre üç farklı kuyruklu yıldız sınıfı var; kısa periyotlu kuyruklu yıldızlar, uzun periyotlu kuyruklu yıldızlar ve Güneş ile bağlantısı olmayan tek geçişlik kuyruklu yıldızlar. Kısa periyotlu kuyruklu yıldızların Güneş etrafındaki bir tam dönüşünü tamamlaması yaklaşık olarak 200 yıla kadar sürebiliyor iken, uzun periyotlu kuyruklu yıldızların bir tam turu tamamlaması için 200 yıldan fazlası gerekebiliyor. Çok uzak olmayan bir geçmişte araştırmacılar Asteroid Kuşağı’nda da bazı kuyruklu yıldızların var olduğunu kanıtladılar. Ve onlara göre, İç Güneş Sistemi içerisindeki gezegenlerin su kaynakları da buradaki kuyruklu yıldızlar olabilir.
Bilim insanları kısa periyotlu kuyruklu yıldızları, periyodik kuyruklu yıldızlar olarak da adlandırabiliyorlar. Periyodik kuyruklu yıldızların Neptün ötesinde yer alan Kuiper Kuşağı’nda yer aldığını ve bu kuyruklu yıldızları aktif hale getiren şeylerin ise dev gezegenlerin kütle çekim gücü olduğunu söylüyorlar. Kuiper Kuşağı’nda bulunan kirli kar topları yalnızlıktan bıkmış olacaklar ki, dev gezegenlerin biraz zorlayıcı olan davetlerini geri çevirmeyerek İç Güneş Sistemi’ne doğru yol alıyorlar. Buna karşın, uzun periyotlu kuyruklu yıldızların, Oort Bulutu ve daha ötesinde ikamet ettikleri düşünülüyor. Bu kuyruklu yıldızların Güneş’e doğru gelmelerinin sebebi ise dev gezegenlerden de daha güçlü kütle çekimine sahip olan galaksimizin yıldızları. Herhangi bir sınıfa girmeyen, diğer kuyruklu yıldızlardan bağımsız olanlar ise Güneş’in çok yakınından geçtikleri için hemen parçalanıp buharlaşan kuyruklu yıldızlardır.
İsimlendirilişleri:
Kuyruklu yıldızlar genelde onları keşfeden insanların ismini alıyorlar. Misal, Shoemaker-Levy 9 kuyruklu yıldızı Eugene, Carolyn Shoemaker ve David Levy tarafından keşfedilen dokuzuncu kısa periyotlu kuyruklu yıldız. Ayrıca kuyruklu yıldızlar, kendilerini keşfeden uzay araçlarının isimleri ile de çağrılabiliyorlar (SOHO ve WISE gibi).
Tarihi:
Eski çağlarda gökyüzünde aniden beliren ateşten kılıçlar, insanları korkutup telaşa düşürürdü. Kuyruklu yıldızlar o zamanlarda genelde kıyamet alameti olarak algılanırdı. Hatta yakın bir geçmişte bile (1910 yılı California bölgesinde) insanlar kuyruklu yıldız geçişi esnasında, kuyruklu yıldızın “zehirli” kuyruğundan etkilenmemek için evlerinin camlarını kapattılar.
Yüzyıllar boyunca bilim insanları kuyruklu yıldızların gezegenimizin atmosferinde dolaştığını düşündü fakat 1577 yılında Danimarkalı astronom Tycho Brahe kuyruklu yıldızların aslında uydumuzdan da ötesinden geçtiklerini kanıtladı. Ve yıllar sonra Isaac Newton kuyruklu yıldızların da eliptik bir yörüngeye sahip olduğunu, onların Güneş’in çevresinde dolaştığını, tekrar ve tekrar insanları telaşa düşüreceklerini ya da büyüleyeceklerini keşfetti.
Çinli astronomlar ise yüzyıllar boyunca kuyruklu yıldızların çok geniş çaplı kayıtlarını tuttular. Halley kuyruklu yıldızı da dahil olmak üzere birçok kuyruklu yıldızın kayıtları Çinli astronomların ellerinde M.Ö 240 yıllarına dek uzanıyor.
Ünlü Kuyruklu Yıldızlar:
Halley. Telif: NASA
Kuşkusuz ki Halley kuyruklu yıldızı gezegenimiz sakinleri tarafından en çok bilinen kuyruklu yıldızdır. Halley kuyruklu yıldızı, her 76 yılda bir Güneş’e yaklaştığında çıplak gözle görülebilir oluyor. Bundan bir önceki yaklaşımı 1986 yılında gerçekleştiğinde gezegenimizden beş adet uzay aracıyla Halley kuyruklu yıldızının çok yakınından geçip, normalde kuyruklu yıldızın saçı tarafından gizlenen kuyruklu yıldızın başına ait eşi benzeri görülmemiş veriler elde ettik. Kabaca patates şeklinde olan 15 kilometre uzunluğundaki Halley kuyruklu yıldızının yüzeyinde eşit miktarda toz ve buz içerdiğini ve içeriğindeki buzun yaklaşık olarak %80 kadarı donmuş haldeki su ve %15 kadarı ise donmuş haldeki karbon monoksit bileşiğinden oluştuğunu öğrendik. Araştırmacılara göre diğer kuyruklu yıldızların da kimyasal yapısının Halley kuyruklu yıldızı ile aynı olduğunu düşünüyor.
Shoemaker-Levy 9. Telif: NASA
1994 yılında Jüpiter ile çarpışıp 21 parçaya ayrılan Shoemaker-Levy 9 kuyruklu yıldızı.
1997 yılında bizlerden 197 milyon kilometre uzaktan geçen Hale-Bopp kuyruklu yıldızı.
ISON. Telif: Damian Peach
2013 yılında yalnızlığını Güneş’e doğru giderek sonlandıran ISON kuyruklu yıldızı.
Son Sözler:
Evren ve onun yansıması olan hayat sürprizler ile doludur. Bu sürprizlerden belki de en şaşırtıcı olanını geçmişin artıklarından biri yaptı. Günümüzden 4,6 milyar yıl kadar önce herhangi bir bütüne katılamamış olan kuyruklu yıldız, milyonlarca yıl sonra katılamadığı bir bütüne uğradı ve küçük küçük parçaların kendi aralarında bir bütün oluşturmasına ön ayak oldu. Sistemimizdeki bir kuyruklu yıldızın dolaylı yoldan sebep olduğu bütünlükte bizler duygularımız ve sosyal ağımız sayesinde çok özel birer parça haline geldik. Birden fazla bütüne ve birden fazla parçaya direkt olarak etki edebilen; kendi içlerinde coşkulu hayatlar yaşayan, nadir ve kırılgan parçalar. Her ne kadar kuyruklu yıldızlar kadar yalnız ve büyüleyici olamasak da, o nadir ve kırılgan parçalar olarak bizler de sonradan başka parçaların oluşturduğu bütüne etki edebiliyoruz. Kuyruklu yıldızların başka bir bütüne etki etmesindeki faktör (kütle çekim) ne yazık ki bizler için geçerli değil. Duygusal varlıklar olan bizler daha soyut kavramlar ile etki etmeyi tetikliyoruz; aile bağı, aşk, dostluk, gelecek kaygısı, para ve daha niceleri. Hayatınız boyunca etki edeceğiniz ve etkileneceğiz parçayı ve faktörü büyük bir titizlikle seçin ki sonraki bütünlüğünüz çok büyük zararlar görmesin, hayallerinize devam edebilin.
Bu yazıyı yazmamda yardımcı olan şarkıları alta iliştirdim. Buraya kadar okuduğunuz için teşekkür ederim. Umuyorum ki beğendiğiniz bir yazı olmuştur. Keyifli dinlemeler.
Amerika Birleşik Devletleri’ndeki Yale Üniversitesi’nden bir grup astrofizikçi Hubble Uzay Teleskobu’ndan gelen verileri kullanarak karanlık maddenin 3 galaksi kümesindeki dağılımını daha önce benzeri görülmemiş düzeyde bir detay ile haritalandırmayı başardı. Bu çalışma için bilim insanları kütleçekimsel merceklenme adı verilen bir yöntemden faydalandılar. Kütleçekimsel mercek etkisi bir kütlenin gelen ışığı bükerek sanki bir mercekten geçiyormuş gibi görünmesine sebep olan bir etkidir. Karanlık madde ise görünmez, ışığı yansıtmayan ve absorbe etmeyen ancak kütleçekim kuvveti uygulayan ve evrenin yaklaşık yüzde 27’sini oluşturan bir tür maddedir. Karanlık maddenin bu özelliğinden faydalanarak 3 galaksi kümesini ışığın içinden geçerken büküldüğü bir kütle olarak alan ve arkadan gelen ışığın sapma miktarına göre bu 3 kümedeki karanlık madde miktarını ve dağılımını oldukça hassas bir şekilde hesaplayan bilim insanları oldukça detaylı bir harita çıkarmayı başardılar. Bu haritadan edinilen bilgi karanlık maddenin “soğuk” karanlık madde modeli lehine olduğu yönünde. Bu modele göre karanlık madde ışık hızına göre oldukça yavaş hareket eden ve birbiriyle etkileşmeyen parçacıklardan oluşuyor. Araştırmacılara göre bu haritanın standart model ile olan uyumu da karanlık maddenin keşfi için önemli bir adım niteliğinde, fakat bu başarıya rağmen karanlık madde parçacığı henüz tam olarak keşfedilebilmiş değil.
Karanlık madde dağılımının yüksek çözünürlüklü modellemesi
Aynı gaz bulutunda oluşmuş olan ve kütle çekim etkisiyle bir arada bulunan yıldız topluluklarına yıldız kümesi denir. Yıldız kümeleri iki grupta incelenirler. Genel olarak daha az sayıda, düşük kütle çekimiyle bağlı olan ve çoğunlukla genç yıldızlardan oluşanlara açık yıldız kümeleri; çok sayıda, büyük bir kütle çekimiyle bir arada bulunan ve çoğunlukla yaşlı yıldızlardan oluşanlara ise küresel yıldız kümeleri denir.
M45-Ülker
Açık Yıldız Kümeleri
Açık yıldız kümeleri yalnızca yıldız oluşumunun aktif bir şekilde gerçekleştiği, sarmal ve düzensiz gökadalarda bulunurlar. Samanyolu Gökadası’nda binden fazla açık yıldız kümesi keşfedilmiştir ve henüz keşfedilmemiş bir çok küme olduğu düşünülmektedir. Açık yıldız kümeleri gökadanın disk bölgesinde bulunurlar. Bize en yakın açık yıldız kümesi yaklaşık 151 ışık yılı uzaklıkta bulunan Boğa açık yıldız kümesidir.
Açık yıldız kümelerinin içerdikleri yıldızların sayısı bir kaç bini bulabilir ve aynı gaz bulutundan oluşmuş olan yıldızlar, küresel yıldız kümelerindeki yıldızların aksine belli bir merkezde yoğunlaşmamış, geniş bir alana dağılmışlardır fakat yine de aralarında zayıf bir kütle çekimsel bağ vardır. Bu kümelerin yıldızları, yaklaşık bir kaç milyon yılın sonunda dağılırlar ve böylece küme ömrünün sonuna gelir. En tanınmış açık yıldız kümelerinden bir kaçı Boğa Takımyıldızı’ndaki Ülker(Pleiades, M45) ve Boğa takımyıldızındaki Boğa (Hyades) kümesidir.
NGC5139
Küresel Yıldız Kümeleri
Küresel yıldız kümelerinin içerdiği yıldızlar yoğun bir kütle çekimsel kuvvetle bir arada bulunurlar ve bundan dolayı yıldızları, kümenin merkezine doğru yoğunlaşırlar ve kümeye hemen hemen küresel bir biçim kazandırırlar.
Samanyolu’nda yüz-iki yüz kadar küresel yıldız kümesi bulunmaktadır. Bunların büyük bölümü, gökadanın diskinde bulunan açık yıldız kümelerinin aksine, gökada diskinin altında ve üstünde, ayla denen bölgede yer alırlar. Küresel kümelerdeki yıldız sayısı milyonları bulabilir. Açık kümelerin tersine, küresel kümelerdeki yıldızlar yaşlı yıldızlardır, hatta gökadamızdaki bilinen en yaşlı yıldızların bazıları kapalı(küresel) yıldız kümelerinin elemanlarıdır.
Küresel kümeler, Güneş Sistemi’nden çok uzakta olduğundan, çoğunlukla çıplak gözle görülemezler. Örneğin, Güneş Sistemi’ne en yakın iki küresel yıldız kümesinden biri olan, 12.2 milyar yaşındaki M4, bizden yaklaşık olarak 7.200 ışık yılı uzaklıktadır. Fakat, Herkül Takımyıldızı’ndaki M13 ve birkaç başka küme, yeterince karanlık ortamlardan teleskopsuz olarak ışık benekleri halinde görülebilirler.
Gökyüzüne baktığımız zaman birçok gökcismi görürüz. Bu gökcisimlerinden ilk akla gelen yıldızlardır. Yıldızlar, en temel tanımıyla kendi kütleçekim kuvvetleriyle bir arada duran parlak plazma küreleridir ve karbon, azot, oksijen gibi görece ağır elementlerin üretiminden ve dağıtımından sorumludurlar.
Yıldızlar tarih boyunca uygarlıklar için önem taşımışlardır; uygarlıklar gerek dinlerinin bir parçası, gerek bilimsel nedenlerle, gerek yönlerini bulmak için yıldızları incelemişlerdir. Eskiden yıldızların gökyüzüne asılmış ışık noktaları oldukları düşünülürdü ve bu yüzden insanlar bu noktaları birleştirerek takımyıldızları hayal etmişlerdir, ancak gerçekte uzay 3 boyutlu olduğundan yakın olduğu düşünülen yıldızlar arasında binlerce ışık yılı olabilmektedir.
Ayrıca insanlar uzun yıllardan beri bu yıldızları kataloglamaktadırlar. Bilinen en eski yıldız haritası MÖ 1534 yılında Antik Mısır’da görülmüştür.
Figür 1: Aslan Takımyıldızı (Johannes Hevelius-1690)
Yıldızlarda enerji üretimi:
Gelişen teknoloji ve bilim sayesinde artık yıldızlar hakkında çok daha fazla bilgi sahibiyiz. Eskiden yıldızlar, sadece gökyüzüne asılı noktalar olarak düşünülürken artık yapılarını oluşturan elementlerden yaşlarına kadar birçok bilgiye ulaşabiliyoruz.
Bu gelişmeler, yıldızların evrendeki yaşamın yapıtaşlarını oluşturduğunu öğrenmemizi sağlamıştır; çünkü gelişmiş yaşam için vazgeçilmez olan karbon ve oksijen dahil birçok ağır element yıldızların çekirdeğindeki nükleer füzyon reaksiyonları sayesinde oluşur. Bu işlemin adı nükleosentezdir. Büyük Patlama nükleosentezi, yıldız nükleosentezi, süpernova nükleosentezi gibi farklı türleri vardır. Temel olarak önceden var olan nükleonlardan yeni atom çekirdeği yaratma işlemine verilen isimdir.
Yıldızlarda gerçekleşen yıldız nükleosentezinin birçok türü vardır. Bunların en temel olan ikisi hidrojenin yanmasıyla gerçekleşen proton-proton zincirleme reaksiyonu ve CNO (karbon, azot, oksijen) döngüsüdür.
Çekirdek sıcaklığı 15 milyon kelvin civarında olan yıldızlarda gerçekleşen reaksiyon türü proton-proton zincirleme reaksiyonudur. Bu reaksiyonun gerçekleşmesi için protonların kinetik enerjilerinin elektrostatik itki kuvvetini yenmesi gerekir (Coulomb bariyeri).
Bu reaksiyonun ilk aşaması, yeterli enerjisi olan iki protonun çarpışmasıyla başlar. Bu aşamadan sonra iki protondan biri nötrona dönüşür. Bu işlem zayıf etkileşimle açıklanır ve işleme Beta bozunumu (β+) adı verilir. Bu değişim sırasında alttaki Feynman diyagramında da görülebildiği gibi, proton oluşturan iki yukarı kuarktan biri aşağı kuarka dönüşür ve böylece proton nötrona dönüşmüş olur.
Zayıf etkileşim ise bu değişim sırasında yukarı kuark aşağı kuarka dönüşürken devreye girer. Bu dönüşüm sonucunda bir W+ bozonu açığa çıkar, bu bozon ise daha sonra bozunarak bir pozitron ve bir elektron nötrinosu açığa çıkarır. Bu aşamanın sonunda bir adet döteryum atomu oluşmuş olur ve bu atom daha sonra bir protonla birleşerek bir helyum-3 atomu oluşturur.
Bu oluşan helyum-3 atomu, ortamdaki başka bir helyum-3 atomu ile birleşerek bir tane helyum-4 atomu oluşturur ve ortama 2 tane proton bırakılır.
Proton-proton reaksiyonu Güneş gibi fazla büyük olmayan yıldızlarda gerçekleşir. Yıldız boyutu büyüdükçe üçlü alfa süreci gibi farklı tür reaksiyonlar gerçekleşir. Bu reaksiyonlara giren ve çıkan elementler hidrojen ile helyumdan daha ağır elementlerdir, fakat sonuçta yine hidrojen helyuma dönüştürülür.
Figür 3: Güneş’teki nükleosentez reaksiyonu
Yıldız evrimi:
Tıpkı doğadaki her şey gibi yıldızlar da doğar, büyür ve ölürler. Yıldızların yaşamı yıldızlararası uzaydaki gaz ve toz bulutlarında başlar. Bu bulutlarda gaz basıncından kaynaklanan kinetik enerji, gazların kütleçekim kuvvetinden kaynaklanan potansiyel enerjiyle dengede olduğu sürece bulut hidrostatik dengededir. Virial teoremine (eşbölüşüm) göre dengenin korunabilmesi için kütleçekim potansiyel enerjisi, termal kinetik enerjinin iki katı olmalıdır. Bu denge, bulutun kütlesinin Jeans kütlesi adı verilen sınırı geçmesi veya bulutların çarpışması ve süpernova gibi olayların tetiklemesi sonucunda bozulabilir. Denge bozulduğu zaman bulut kendi içine doğru çökmeye, bu durumdan dolayı da gittikçe ısınmaya başlar.
Bu gittikçe küçük bir hacme sıkışan gaz kütlesi ilkyıldızları oluşturur. Bu, yıldız oluşumunun erken evresidir ve kütlesi Güneş’in kütlesine yakın olan bir yıldız için bu evre yaklaşık 10 milyon yıl sürer. İlkyıldız evresinden sonra bir yıldızın yetişkinlik evresi yani ömrünün çoğunu geçirdiği evre olan ana kol evresi gelir. Kütlesi Güneş’in kütlesine yakın olan bir yıldızın ana kol evresinde geçirdiği süre yaklaşık 10 milyar yılken kütlesi Güneş’in kütlesinden çok daha büyük olan yıldızlar bu evrede sadece 10 milyon yıl kadar geçirir: Bu farkın sebebi büyük yıldızların yakıtlarını çok daha hızlı tüketmesidir. Bu evreye ana kol ismi verilmesinin sebebi ise yıldızların ömürlerinin en büyük kısmını burada geçirmesi, ve bu dönemdeki yıldızların Hertzsprung-Russell adlı bir diyagramın (H-R diyagramı) ana kolunu oluşturmasıdır. Bu diyagram Ejnar Hertzsprung ve Henry Norris Russell tarafından geliştirilmiştir ve yıldızların renk-parlaklık grafiğidir. Yıldızların bu grafik üzerindeki yerleri parlaklık ve sıcaklıkları (veya renkleri) tarafından belirlenir. Yıldızların yaş, kütle, sıcaklık ve parlaklıkları birbirleriyle çok bağlantılı olduğu için sadece H-R diyagramındaki yerine bakarak bile bir yıldız hakkında birçok çıkarımda bulunmak mümkündür.
Figür 4: Hertzsprung-Russell diyagramı
Ana kol evresindeki tüm yıldızlar hidrostatik dengededir, yani yıldızdaki kütleçekim kuvveti çekirdekteki yüksek sıcaklık ve ışımadan kaynaklanan dış yönlü basınç ile dengededir. Çekirdekte üretilen enerji, ışıma ve/veya konveksiyon yolu ile yıldızın dış katmanlarından olan fotosfere kadar çıkar ve ışıma yoluyla yıldızdan atılır.
Ana kol yıldızları üst ve alt olarak ikiye ayrılabilir, bu ayrım enerji üretmekte kullanılan döngüye göre belirlenir. Güneş kütlesinin 1,5 katının altında olan yıldızlar genellikle proton-proton zincirleme reaksiyonu ile enerji üretir: Bu yıldızlar alt ana kol yıldızlarıdır. Üst ana kol yıldızları ise Güneş’in kütlesinin 1,5 katından daha büyük kütleye sahip olan yıldızlardır: Bu yıldızlar ise genellikle CNO döngüsü ile enerji üretir. Bir yıldızın çekirdeğindeki hidrojen yakıtı tükendiğinde nükleer reaksiyonlar aynı şekilde devam edemeyeceği için yıldız H-R diyagramındaki ana koldan uzaklaşmaya başlar. Bunun sebebi yıldızın ışıma basıncının kütleçekimini dengeleyememesi ve çekirdekteki sıcaklığın zamanla artıp farklı reaksiyonları tetiklemesindendir. Bu durumdan sonra yıldızın yine kütlesine bağlı olarak geçirebileceği birden fazla evre vardır. Bu evreleri Güneş’in kütlesine yakın ve Güneş’in kütlesinden 10 kat daha fazla kütleye sahip olan yıldızlar olarak ikiye ayırabiliriz.
Figür 5: Kütlelerine göre yıldızların yaşam süreleri
1)Kütlesi Güneş’in kütlesine yakın olan yıldızlar:
a) Yaklaşık 0.3 Güneş Kütlesi ile 8 Güneş Kütlesi arasında bulunan yıldızlar:
Hidrostatik dengesini koruyamayan yıldızlar kendi içine çökmeye başlar ve çekirdekteki madde sıkıştıkça tekrar ısınmaya başlar. Bu sıcaklık öyle bir noktaya gelir ki yıldız çekirdeğindeki füzyon tekrar başlar ve yıldız genişlemeye başlar. Yıldızın bu seferki boyutu ana kol evresindeki boyutundan çok daha büyük olur ve parlaklığı 1000 ile 10000 kat arasında artar ancak yıldızın yüzey alanı çok büyüdüğü için çekirdekte üretilen enerji daha fazla alana yayılır ve bu durumdan dolayı yüzey sıcaklığı daha düşük olur. Yüzey sıcaklığı düşük olan yıldızlar kırmızı görünürler; bu yüzden de bu evreye kırmızı dev ismi verilir. Bu evrenin sonunda da yakıtı tükenen yıldız tekrar içine çöker ancak bu sefer dış katmanlarını uzaya püskürterek gezegenimsi bulutsuları oluştururlar. Çekirdeği açıkta kalan yıldız beyaz cüceye dönüşür. Beyaz cüceler elektron-dejenere maddeden (fermiyon) oluşan sıkışık yıldızlardır (sıkışık yıldız beyaz cüce, kara delik ve nötron yıldızlarına verilen genel bir isimdir.). Yoğunlukları çok yüksektir, hacmi Dünya kadar olan bir beyaz cücenin kütlesi Güneş’in kütlesine yakındır.
Güneş, bir ana kol yıldızı
b) Kütlesi 0.3 Güneş Kütlesi’nden küçük olan yıldızlar:
Bu yıldızlar yakıtları tükenince kendi içlerine çökmeye başlarlar ancak kendi içine çöken gazın oluşturduğu basınç yeniden bir füzyon reaksiyonu başlatmaya yetmez bu yüzden direkt olarak beyaz cüceye dönüşürler.
Beyaz cüceler sürekli soğumaya devam eder. Soğumuş, daha fazla ısı ve ışık yaymayan beyaz cücelere siyah cüce denir. Ancak beyaz cücelerin soğuması için gereken süre evrenin şu an bilinen yaşından daha uzun olduğu için evrende bulunmaları beklenmemektedir. Bulunsalardı bile gözlemleri, yaydıkları ışık miktarının azlığından dolayı aşırı derecede zor olurdu ve kütleçekimsel etkileşimleri aracılığıyla bulunmayı beklemek zorunda kalacaklardı.
2) Güneş’in kütlesinden 10 kat ve daha fazla kütleye sahip olan yıldızlar:
Bu yıldızların ana kol evresinden sonraki evreleri kırmızı süperdevdir. Kırmızı süperdevler yapı olarak kırmızı devler ile benzerdir ancak çok daha büyüklerdir. Ancak böyle bir kütleye sahip olan yıldız kırmızı süperdev evresini geçtikten sonra daha az kütleli yıldızlar gibi beyaz cüceye dönüşmez; bu noktadan sonra bu dev yıldızlar için çok daha etkileyici bir dizi olay başlar.
Tıpkı bir ana kol yıldızı gibi ölüm evresi başlayan kırmızı süperdev içine çökerek gittikçe sıkışır ve ısınır. İçine çöken kırmızı süperdev, Güneş gibi bir yıldızın hayatı boyunca ürettiği enerji kadar bir enerjiyi yayacak patlamaya sebep olur; bu patlamalara süpernova ismi verilir. Süpernovalar en fazla bir kaç ay kadar neredeyse bir gökadayı sönük gösterecek şekilde parlar, daha sonra ise sönerler. Bu esnada yıldızdan kalan materyalleri saniyede 30.000 kilometre (ışık hızının %10’u) hızla uzaya püskürtürler. Süpernovalar yeni yıldızların oluşumunda, demirden ağır elementlerin sentezinde rol oynarlar.
NGC 4526 Gökadası’nda SN 1994D (tip Ia) süpernovası
Süpernova patlamalarından geriye büzülen bir çekirdek kalır. Geriye kalan bu çekirdek sıkışık yıldızları oluşturur ancak böyle bir durumda geriye kalan çekirdeğin kütlesi küçük bir yıldızın geriye bıraktığı çekirdeğin kütlesinden fazla olacağı için beyaz cüce olmaz. Ancak kütlesi Chandrasekhar limitinden az olan sıkışık yıldızlar (1.44 Güneş kütlesi) beyaz cüce olabilir.
Eğer sıkışık yıldızın kütlesi Chandrasekhar limitiyle Tolman-Oppenheimer-Volkoff limitinin (3 güneş kütlesi) arasında ise bu sıkışık yıldız bir nötron yıldızıdır. Nötron yıldızları aşırı yoğun ve sıcaktırlar, yüzey sıcaklıkları yaklaşık 6×105 Kelvin’dir ve yoğunlukları ise 3.7×1017 ile 5.9×1017 arasındadır (Güneş’in yoğunluğunun yaklaşık 3×1014 katı). Bu demek oluyor ki bir kibrit kutusu kadar nötron yıldızı materyali yaklaşık 5 milyar ton ağırlığındadır.
Figür 6: Bir nötron yıldızının Vancouver şehrine oranla boyutu
Eğer sıkışık yıldızın kütlesi Tolman-Oppenheimer-Volkoff limitinden fazlaysa kendi içine çökmeye devam eder. Kendi içine çöken kütle Schwarzschild yarıçapı ismi verilen sınırı geçerse uzay-zamanı deforme ederek bir kara deliğe dönüşür.
Figür 7: Yoğunluk-kütle grafiği
Schwarschild yarıçapı bir kütlenin kaçış hızının ışık hızına eşit olduğu yarıçapa verilen isimdir, kaçış hızının ışık hızına eşit olması ışığın dahi bu cismin kütleçekiminden kurtulamayacağı anlamına gelir. Ancak sanıldığı gibi kara delikler evrendeki her şeyi içine çeken cisimler değildir yani kara deliğin çevresinde bir yörüngede bulunabiliriz ancak olay ufku ismi verilen sınır geçildiğinde kaçış hızı ışık hızından büyük olacağı için ve özel görelilik teorisine göre hiç bir kütle ışık hızından yüksek bir hızla hareket edemeyeceği için olay ufkunu geçen bir şeyin geri dönmesi imkansızdır.
Kwok, Sun (2006). Physics and chemistry of the interstellar medium.
“How the Sun Came to Be : Stellar Evolution” (PDF)
en.wikipedia.org/wiki/Protostar
The End of the Main Sequence, Gregory Laughlin, Peter Bodenheimer Fred C. Adams, The Astrophysical Journal, 482 (10 Haziran, 1997), sf 420-432
Zeilik, Michael A.; Gregory, Stephan A. (1998). Introductory Astronomy & Astrophysics (4th ed.). Saunders College Publishing. sf. 321-322. ISBN 0-03-006228-4.
Heger, A.; Fryer, C. L.; Woosley, S. E.; Langer, N.; Hartmann, D. H. (2003). “How Massive Single Stars End Their Life”. The Astrophysical Journal 591: 288.
Schawinski, K. et al. (2008). “Supernova Shock Breakout from a Red Supergiant”.
Whittet, D. C. B. (2003). Dust in the Galactic Environment. CRC Press. sf. 45–46. ISBN 0-7503-0624-6.
Krebs, J.; Hillebrandt, W. (1983). “The interaction of supernova shockfronts and nearby interstellar clouds”. Astronomy and Astrophysics
