Görünür evreni oluşturan ve Dünya'mızda yaşam için gerekli olan elementlerin yıldızlarda üretildiğini biliyoruz.
Bilim insanları bu elementlerin yıldızlarda tam olarak nasıl ve ne miktarda üretildiği ve uzaya nasıl dağıldığını anlamak için özellikle yakıtını yitirmiş patlamakta olan yıldızları incelemeye yöneldiler. Bunlara süpernova diyoruz. Ancak gaz ve toz sütunları görünür ışığı bloke ettiğinden bu soruların yanıtını görünür ışık kullanarak bulmak çok kolay değildir.
Yıldızlar ve galaksiler görünür ışık yanı sıra X-ışınları da yayarlar. X-ışınları için gaz ve toz bulutları engel değildir. Ayrıca elementlerin dar bandlarda yaydıkları x-ışınları, onların ne tür element olduğu ve ne miktarları bulunduklarının saptanmasına izin verirler.
Ancak önemli bir sorun vardır: X-ışınları Dünya atmosferinden geçerken enerjilerini yitirdiklerinden iyi izlenemezler. Bu nedenle kozmos kaynaklı X-ışınlarının atmosferin dışına çıkarak izlenmesi gerekecektir.
X-ışınları ile kara deliklerin izinde
İtalyan asıllı Amerikalı astronom Riccardo Giacconi bu öngörüyü gerçeğe taşıyan ilk bilim insanıdır. Giacconi öncülüğünde, 1962 yılında bir rokete bir X-ışını detektörü monte edilerek uzaya gönderildi ve bu yolla kendi Güneş Sistemi'mizin dışındaki X-ışını kaynaklarının keşfinin yolu da açılmış oldu.
NASA tasarımlı ilk X-ışını gözlem uydusu ise12 Aralık 1970 tarihinde Kenya'dan uzaya fırlatıldı. Bu tarih Kenya'nın bağımsızlık gününe rastladığından bu ilk x-ışını gözlem uydusuna yerel dilde özgürlük anlamına gelen "Uhuru" adı verildi. İki yıl yörüngede kalan Uhuru uydusu bir kara deliğin varlığına ilişkin ilk kanıtların da elde edilmesini sağladı. Gözlemlenmese de kara deliklerin varlığı test edilmiş oluyordu.
Ve X-ışını teleskobunun yaratıcısı Giacconi, yapmış olduğu bu öncü çalışmalar nedeniyle, 2002 yılı Nobel Ödülünün sahibi oldu.
Uhuru'dan yaklaşık 30 yıl sonra çok daha gelişmiş bir X-ışını gözlem uydusu olan "Chandra", 23 Temmuz 1999'da uzay mekiği Columbia ile uzaya taşınarak yörüngeye yerleştirildi.
"Chandra" adı, Hint kökenli Amerikalı fizikçi Subrahmanyan Chandrasekhar'ın anısına verildi. Chandrasekhar, "Chandrasekhar limiti" ile nötron yıldızlarına dönüşen beyaz cücelerin sahip olabileceği en büyük kütleyi tanımlayan bilim insanıdır.
Chandrasekhar, A. Fowler ile birlikte büyük kütleli yıldızların kara deliklere evrimsel süreçlerini matematiksel bir kuram olarak ortaya koymuş ve bu çalışması ile 1983'te Nobel Fizik Ödülünün sahibi olmuştu. Ayrıca 1930 Nobel Fizik Ödülü sahibi ve Raman spektrometresi kaşifi Chandrasekhara Venkata Raman'ın yeğeni olduğunu da kaydedelim.
Yıldızlarda element üretimi
X-ışını teleskopları ile süpernova kalıntılarının incelenmesi, yıldızlarda üretilen elementlerin belirlenmesi ve patlama sonrası bunların her birinden ne kadarının yıldızlararası uzaya fırlatıldığının anlaşılması açısından önemlidir.
Biliyoruz ki bir yıldızın hayata geçmesiyle içeriğindeki hidrojen ve helyum çekirdekleri kaynaşarak daha ağır elementlere dönüşmeye başlar.
Bu şekilde ağır elementler daha ağır elementlere dönüşürken ortaya çıkan büyük enerji, önceleri yıldızı yerçekimi kuvvetine karşı dengeler ve süreç, yıldızın çekirdeğinde demir oluşana kadar devam eder. Bu aşamada, çekirdek reaksiyonları durur ve yoğun yerçekimi etsisi altında kalan yıldız geride nötron yıldızı olarak bilinen yoğun bir çekirdek bırakarak patlar ve üretilen elementler uzaya saçılır.
Chandra ve Cassiopeia A
Chandra teleskopik gözlerini uzaya yönelttiğinde, ilettiği ilk görüntülerden biri "Cassiopeia A" oldu.
Cassiopeia A, patlayarak bir süpernovaya dönüşen bir yıldızın kalıntısıdır ve uzayın en parlak cisimlerinden biri olarak bilinir. Galaksimiz Samanyolu'na 11,000 ışık yılı uzaklıkta oluşan bu yıldız kalıntısının merkezinde, karbon atmosferine sahip bir nötron yıldızı bulunduğu saptandı.
Bu bilgiler ışığında astronomlar Cassiopeia A yıldız kalıntısında bulunan elementlerinin yaydığı X-ışınlarını incelediler. Chandra verileri, Cassiopeia A'yı üreten süpernovanın, yaklaşık 10,000 Dünya kütlesi değerinde kükürt ve yaklaşık 20,000 Dünya kütlesi kadar silikonu uzaya fırlattığını gösteriyor. Cassiopeia A'nın içerdiği demirin Dünya'nınkinin yaklaşık 70,000 katı olduğu ve Güneş'in kütlesinin yaklaşık üç katı kadar, yani bir milyon Dünya kütlesi kadar oksijen tespit edildiği belirtiliyor.
Cassiopeia A (https://chandra.si.edu/elements/)
Bu elementlerden her biri, X-ışınları üreterek konumlarının haritalanmasına olanak sağlıyor: silikon (kırmızı), kükürt (sarı), kalsiyum (yeşil) ve demir (mor) alanları gösteriyor. Patlamadan kaynaklanan patlama dalgası mavi dış halka olarak görülüyor.
Güneş Sistemi'ndeki oksijenin tamamı patlayan büyük yıldızlardan geliyor. Gökbilimciler, başka elementler de saptıyor. Karbon, nitrojen, fosfor yanısıra hidrojen de tespit edildi. Oksijen ile birlikte bu elementler, genetik bilgiyi taşıyan DNA molekülünün bileşenleridir ve bunların süpernova patlamaları ile uzaya saçıldığı anlaşılıyor.
Oksijen, insan vücudunda en çok bulunan element (kütlece yaklaşık yüzde 65).
Kalsiyumun yaklaşık yarısı ve demirin yaklaşık yüzde 40'ı da bu süpernova patlamalarından geliyor. Bu elementlerin diğer yarısı daha küçük kütleli beyaz cüce yıldızların patlamalarıyla sağlanıyor. Kalsiyum sağlıklı kemik ve dişlerin oluşmasına ve korunmasına yardımcı olur ve demir vücutta oksijen taşıyan kırmızı kan hücrelerinin hayati bir parçasıdır.
Bilim insanları Cassiopeia A'yı yaratan yıldız patlamasının 1680 yılı civarında meydana geldiğini düşünüyorlar. Patlayan yıldızın Güneş'in kütlesinin yaklaşık 16 katı bir kütleye sahip olduğu tahmin ediliyor.
Artık biliyoruz, evrende her şeyin ve bizlerin yapı taşı olan elementler yıldızlarda üretildi. Yaşam kaynağımız olan enerjiyi de yıldızlardan sağlıyoruz.
Varlığımızın temel kaynağı yıldızlar; klasik deyişle söylersek "onlar olmasaydı olmazdık"!
Kaynakça
https://www.nasa.gov/mission_pages/chandra/astronomy/index.html
https://chandra.si.edu/elements/
https://www.nbcnews.com/id/wbna49440462
https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2002/giacconi/facts/