17 Şubat 2019

Yıldızların ölümü: Bizler yıldız tozları mıyız?

Yıldızlar doğar, yaşar, ölürler ve her yıldızın ölümü aynı değildir. Bazıları büyük patlamalarla yaşamlarına son verir ve fırlattıkları her atom, her toz zerresi evreni, bildiğimiz her şeyi ve bizleri var eder.

Evet, yıldızlar da ölür. 

Yıldızın ölüm şeklini ve sonrasını onun büyüklüğü, yani kütlesi belirler. Bazıları sessizce ölüp evrenin derinliklerine savrulurken, bazıları büyük patlamalarla hayatlarına son verir ve bazıları da büyük dipsiz mezarlara kendilerini gömerler.

Ancak yıldızlar kolay ölmez.

Evrendeki tüm yıldızlar, temel yakıtı hidrojen olan birer termonükleer reaktördür. Bu devasa reaktörlerde hidrojen atomlarının çekirdekleri yüksek sıcaklıklarda birleşerek helyum çekirdeklerine dönüşür ve her reaksiyonda büyük bir enerji açığa çıkar. Bu reaksiyonlar hidrojen tükenene kadar sürer ve helyum çekirdeklerinin birleşmesi ile devam eder. Bu süreçten sonra kütle büyüklüklerine göre yıldızları farklı bir son ya da farklı bir gelecek beklemektedir.  

Bizim güneşimiz de bir gün ölecek

Bundan 4,5 milyar yıl sonra güneşimizin merkezinde hidrojen tükenmiş olacak. Helyuma dönüşmüş çekirdeklerin birleşmesi ile doğan yeni ve daha ağır elementler (karbon ve oksijen) yerçekimi tarafından merkeze çekilecek, sıcak gaz kütlesi dışarıya doğru genişlerken Güneş’imiz bir "Kırmızıl Dev"e dönüşecek. Gezegenler, genişleyen bu kavurucu ısı dalgası içinde kalıp yok olacaklar ve yerküremiz de bu yokoluşu yaşayacak.

Birkaç milyar yıl daha sonra bu kızgın gaz kütlesi dağılarak geride bir "beyaz cüce" bırakacak. Beyaz cüceler, yıldızın yaşamının son evresindeki soğuk ve donuk yıldızlar olarak tanımlanır. Ve hala sıcaktırlar. Birkaç milyar yıl sonra kalan tüm enerjisini de yitirerek siyah bir cüceye dönüşürler.

Ve sonunda bir siyah cüceye dönüşen Güneş’imiz evrenin sonsuz büyüklüğü içinde artık donuk, tek başına ve yalnızdır.

Bazı yıldızlar sessiz ölür

Her yıldız öldüğünde geride bir beyaz cüce bırakmaz. Güneşimiz büyüklüğünde yıldızlar evrenin küçük yıldızlarıdır.  Bu yıldızların ölümü sessizdir ve sonuçta "beyaz cüce" olarak adlandırılan katı yapılara dönüşürler.  Kütlesi güneşimizden 10 kat daha az olan yıldızların da sonu beyaz cücedir. Ancak bunlar, helyumdan oksijene dönüşüm evresine geçemezler, güçleri yetmez ve onların yaşamları "helyum beyaz cüce" olarak sona erer. Bu sondan bir öncesidir.

Diğer ağır elementler ise daha büyük yıldızların bize mirasıdır.

Oysa büyük yıldızların ölümü çok daha görkemlidir. Onlar önce Süpernova olurlar. Sonrası ise bizler için bir varoluş hikayesidir.

Süpernovaların görkemli ölümü 

Süpernovalar, bizim güneşimizden tonlarca daha ağır, yüzlerce daha geniş yıldızların yaşamlarının son evresidir, aynı güneşimizin son evresi "Kırmızı Dev" gibi.  Güneşimizden en az 10 kat daha ağır olan bu yıldızlar, evrendeki en korkutucu patlamalarla yaşamlarını sonlandırırlar.  Bu evre, genellikle birkaç hafta sürer ve öyle şiddetlidir ki içinde bulundukları gökadanın tamamını aydınlatırlar. Güneşin toplam enerjisinin trilyon fazlasını üretebilir ve çevrelerinde bulunan herşeyi yok edebilirler.  

Ancak hikâyenin başka bir boyutu daha var. Yıldızımız tek, yalnız ama heybetli, büyük ve çok çalışkan. Önce hidrojenlerden helyum, sonra helyumları yakarak karbon ve oksijen üretir. Kütlesi büyük olduğundan merkezde çekirdek birleşmesi devam ettikçe daha ağır elementler oluşmaya başlar. Karbon ve oksijen çekirdeklerinden demir, kobalt ve nilkel, sonrasında da altın, gümüş ve uranyuma dönüşüm gerçekleşir. Ancak ağır olanların miktarı ağırlık arttıkça azalır. Bu nedenle de onlar doğada az bulunurlar.

Süpernovalar, üretilen her şeyi, karbon ve oksijen; demir, altın, gümüş ve uranyum hepsini evrenin sonsuz derinliklerine fırlatır. İşte bildiğimiz her elementin kaynağı, onu üreten ve evrene yayan bu süpernovalardır. Süpernovaların püskürttüğü ve yaydığı bu elementler bizleri ve herşeyi oluşturan yapıtaşlarıdır. Vücudumuzdaki her atom, yeryüzündeki her element, ve bu görsel illuzyonun her yapıtaşı, hepsi bu yıldızlardan gelir, yani patlayan süpernovalardan. Kanımızdaki demirden yer kabuğundaki demire kadar her şey… Dahası vücudumuzun yapıtaşları atomlar farklı farklı süpernovalardan gelmiş de olabilir.  

İşte bu nedenle "bizler yıldız tozlarıyız" derler ya, kesinlikle doğrudur.

Peki sonra ne olur?

Nötron yıldızları: Pulsar, Magnetar ve Nebula

Yıldız süpernovaya dönüşürken ağır elemetlerin etkisiyle merkezi üzerine çöker; kütle çekim öylesine çok güçlüdür ki atomlar sıkışır ve parçalanır. Süpernova patlaması geride nötronlardan oluşmuş çok yoğun bir kütle bırakır. Bu bir beyaz cüce değildir; başka yeni ve ölü bir yıldızdır, bir nötron yıldızı.

Birer süpernova ölüsü olan nötron yıldızları yoğun kütleli gök cisimleridir. Bir küp şeker boyutunda bir kütle 100 milyon ton ağırlığında olabilir. Bunlar çok yüksek manyetik alana sahiptirler ve kendi eksenleri etrafında çok büyük hızlarla dönerler.  Bu sırada parlak radyasyon dalgaları yayarlar. Kendi etrafında yüksek hızlarla dönen nötron yıldızı belli aralıklarla bir elektromanyetik ışıma yapıyorsa “Pulsar” olarak adlandırılır.  

Güneşimizin kütlesinin 30 katı üzerinde kütleye sahip yıldızların yaşamı da çok şiddetli süpernova patlamaları ile son bulur, geride “Magnetar” olarak adlandırılan yoğun nötron yıldızları bırakırlar.  Süpernova sonrası nötron yıldızının içinde bulunduğu yıldız kümeleri, gaz ve toz bulutlarının tümüne ise “Nebula” denir. Pulsarlar içinde bulundukları nebulanın kalbi gibi atar ve uzaya belli aralıklarla radyo dalgaları gönderirler.

Nötron yıldızı fikri ilk olarak 1934 yılında Walter Baade ve Fritz Zwicky  tarafından ortaya atıldı. Pulsarların keşfedilmesi ise 1967 yılında Jocelyn Bell ve Antony Hewish tarafından gerçekleşti.  Hewish 1974 yılında Nobel ile ödüllendirildi.

Hipernovalar ve evrenin dipsiz kuyuları

Ya ölen yıldız çok daha büyükse (örneğin Güneş'ten 100 kat daha büyük), bu yıldızların ölümü, yıldızın evrenin en korkutucu varlığına dönüşmesi ile son bulur.

Bilim dünyasının hipernovalarla tanışması ilginç bir hikâyeye dayanıyor. Soğuk savaş yılları, iki süper güç nükleer silah denemelerinin önlenmesi anlaşması yapar, yıl 1963.  Sonrasında uzaydan birbirlerini izlerler, amaç bir diğerinin anlaşmaya uyup uymadığını kontrol etmektir. Amerikalılar, Vela casus uydusu ile Sovyetler’i izlerken çok şiddetli  patlamalara tanık olurlar. Önce Rusların uzayın derinliklerinde nükleer silah denemesi yaptıklarını sanırlar, ancak patlama çok şiddetlidir ve çok yoğun radyasyon enerjisi yaymaktadır. Dahası Samanyolu galaksisinin çok ötesinden gelmektedir. Oldukça gizemli olan bu patlamaların kaynağı belirsizdir. 1967’de iki Vela uydusu ile bu patlamaları araştırmaya yönelirler. Karşılaştıkları şey bir “hipernova”dır, Güneşimizden en az 100 kat daha büyük kütleli yıldızların ölümü sonrası oluşan dev bir süpernova yani.

Bir sır perdesi daha aralanmıştır. 

Ancak çok önemli bir fark var: Bir süpernova nötron yıldızına dönüşürken hipernovalar çok daha ölümcül ve yıkıcı gök cisimlerine, karadeliklere dönüşürler. Çok güçlü yerçekimi altında yıldız kendi merkezi üzerine çöker ve onu bir karadeliğe çevirir. Süpernovalar evrende var olan tüm elementleri üretip dağıtırken, karadelikler fizik kurallarının geçerli olmadığı bir tekillik içine gömülürler. Yıldız karadeliğin etrafında dönerken çevresindeki her şeyi kendi içine çeker ve yok eder. 

 Bunlar evrenin dipsiz kuyularıdır.

Yıldızların ölümü, gerçekte, bir yaratılış ve yokoluş hikâyesi gibidir.

Yıldızlar doğar, yaşar ve ölürler. Ve her yıldızın ölümü aynı değildir.

Bazıları sessizce ebedi uykusuna çekilirken bazıları da evrende yok edici cenazeler bırakır.

Diğer bazıları ise büyük patlamalarla yaşamlarına son verir ve fırlattıkları her atom, her toz zerresi evreni inşa eder, bildiğimiz her şeyi ve bizleri var eder.

Ve bizler işte bu yıldızların tozlarıyız, kesinlikle!..