Yıldızların doğumu, gelişim ve ölüm süreçleri

Bu yazıda yıldızların yaşam öykülerine ve bu öykünün dünyamızdaki yaşamı nasıl etkilediğine bakacağız. Yıldızın yaşam döngüsü üzerine yorumlar Baade’nin 1944 yılında yazdığı makaleye dayandırılarak geliştirildi. Yıldızlarda gelişen bu spesifik olaylar sadece spiral galaksiler için geçerlidir. Oval galaksilerde manyetik alan özelliği görülmediği için hidrojen atomlarının belirli bölgelerde yoğunlaşması gerçekleşmemektedir. Dolayısı ile yıldız oluşumları için gerekli madde sağlanamaz. Bu tip galaksilerde sadece hidrojenden oluşmuş, ilk , eski yıldızlar vardır. Spektroskopik olarak yapılan analizlerin hiç birisinde bu yıldızlarda ağır element görüldüğüne dair bir bulguya rastlanmamıştır. Yani tüm galakside hidrojen ve helyumdan başka kayda değer Dolayısı ile toprağı, suyu, havayı oluşturacak herhangi bir elementin oluşması ya da bir gezegene yığılması söz konusu değildir.

Bitkilerin üzerinde yaşadığı toprağı,hayvanların ve bitkilerin yapıldığı molekülleri, soluduğumuz havayı, içtiğimiz suyu vs.yi oluşturan atomların hepsi, bu dünyada yapılmamış, hidrojenin uzun yıllar önce ve uzun yıllar boyunca yıldızlar kuşağı dediğimiz bir seri fırınlar dizisi ile pişirilmesi sonucu ortaya çıkmıştır. Bu fırınların (yani yıldızların) çekirdeklerinin patlaması ile etrafa saçılan küller, güneş sistemini oluştururken büyük ölçüde dünyanın oluşumuna katılmış ve  canlıların temel moleküllerini oluşturmuştur. Canlı yaşamın gelişebilmesi için önemli bir diğer husus da dünya gibi bir gezegenin yıldızının (güneş) kütlesinin bir kritik eşiğin altında bulunması zorunluluğudur.

Güneşin kütlesinin 1.44 den daha büyük yıldızlar birkaç milyon yıl içinde hızla yanıp kül olarak süpernova patlaması ile mahvolurlar.Bu ise çevrelerindeki bir gezegende canlı yaşamın gelişmesine imkan vermez. Yani hiçbir canlı yıldızının bir süpernovaya dönüştüğünü göremez.
——————-
Bir yıldızın doğumu

Yaklaşık 7 ya da 8 milyar yıl önce, bu günkü güneş sisteminin kapladığı alanın belki yüzlerce misli büyüklükteki bir hacimde, hidrojen atomundan oluşmuş bir gaz moleküllerin birbirini çekmesi ile öykü başladı. Çok uzun zaman alan bu yığılma ve büzülme zaman içinde hızlanmaya, gaz kütlesinin merkezinde bir çekirdek oluşturmaya ve dolayısı ile bu merkezi kısımda çekim kuvvetini büyük ölçüde artırmaya başladı. Moleküllerin hepsinin birbirine değmesi olanaksız olduğundan, moleküllerin bir kısmı bu çekirdek kısmını sıyırırcasına geçmiş ve bu açısal momentumun korunmasınısağlayabilmesi için büzülme ekseninin etrafında yavaş yavaş dönme hareketi başlamıştır.

Bir eksen etrafında dönme sonucunda ortaya çıkan merkezkaç kuvvetinin etkisi ile,  bu büyük kütle, ekvator düzleminde genişlemeye ve kutupları basık bir küre şeklini almaya başlamıştır.

Ana kütleye (mesela güneş) katılmayarak arta kalmış, fakat ana kütle ile birlikte dönmeye başlamış, daha çok ağır metallerden oluşmuş öbek öbek gaz kümelerinden ise ,bu ekvator düzlemi üzerinde daha sonra uyduları oluşturacak çekirdekler oluşmuştur.Bu oluşum,bütün uyduların neden ekvatoryal düzlem üzerinde dizildiğini ve neden hepsinin aynı güneş etrafında aynı yönde döndüğünü kuşkusuz bir şekilde açıklar.

Büzülen gaz bulutunun çekirdek kısmı madde birikimi ile büyüyünce ve yoğunlaşınca merkezkaç kuvvetinin etkisi ile disk şeklini almış, kütle artan çekme kuvvetinden dolayı yavaş yavaş bir küre şekline dönmeye başlamıştır. Bu aşamadan sonra sınırları hemen hemen belirlenmiş,kendi başına bir güneş oluşumu başlamıştır denebilir.İlkin gaz bulutunun %99.9’u güneş kütlesini,geri kalan %0.1 lik kısmı ise uyduları ve güneş sistemi içindeki diğer göktaşları, meteor, kuyruklu yıldızlar vs oluşturmuştur.

Bu gaz kütlesinin yığılımdan ötürü yoğunluğu ve sıcaklığı o denli yükselir ki koşulların elverişli olduğu merkez kısmında ”çekirdek erimesi” ya da “çekirdek birleşmesi” şeklinde atomik tepkimeler ortaya çıkar ve yanısıra çok büyük bir ısı meydana getirir. Böylece gaz kütlesinden ilk defa gerçek manada bir yıldız oluşur. Bu evreden sonra yıldız  ilk defa kritik kararsız bir evreye ayak basmış olur. Bu ana kadar geçen tüm olaylar bir yıldızın  doğuşudur.

Büzülme sırasında kütle çekimine bağlı olarak hareket sürekli ağırlık merkezine doğrudur. Bu kütle yeterli büyüklüğe ulaştığında ve merkezde yeterli sıcaklık oluştuğunda atomik tepkimeler başlar ve sıcaklığın-ışınımın artması ile ilk defa içten dışa doğru kütle çekimine zıt bir güç ortaya çıkar.

Bir taraftan muazzam kütlenin çekimi ile içe doğru sıkışma oluşurken, bir taraftan da bir çeşit atomik parçalanmalarla dışarıya doğru, yerçekimi yönüne ters bir itme kuvveti gelişir. İç taraftaki ışıma arttıkça yıldız dışarı doğru büyür, dışarı büyüme kütleyi artırdığından kritik bir noktadan sonra tekrar içe büzülme başlar.

Bu büzülme ve genişlemeler sonunda yıldızın merkezindeki atomik tepkimelerin oluşturduğu basınç ile yıldız kütlesinin oluşturduğu basınç dengeye gelir. Bizim yıldızımızın yani Güneşin  sıcaklığı gezegenimiz için nispeten kararlı bir noktaya ulaşmıştır. Canlı yaşamın başlangıcı için güneşin bu kararlı durumu son derece önemlidir. Zira canlı yapının temelindeki polimer zincirleri sıcaklık değişikliklerinden olağanüstü derecede etkilenir.

Yıldızın gelişim ve olgunlaşma dönemi

Yaşlı yıldızlar sadece hidrojen içerdiği halde genç yıldızlar ağır elementler de barındırır. Tüm gözlem ve bulgular evrenin başlangıcında oluşan dev gaz bulutlarının içinde,ağır elementlerin olmadığını destekler niteliktedir. Yani ağır elementler Big-Bang’ın ilk ürünleri değildi.

Pekala bu gün bizim en önemli yapı taşlarımızı oluşturan, karbon, oksijen, sodyum, kalsiyum,  demir,  azot,  bakır vs. nerede,nasıl oluşmuştu?

Bunu anlayabilmek için yıldızların biyo coğrafyasına bakmak gerekir. Yıldızların da tıpkı canlılar gibi doğumları, gelişim ve olgunlaşma dönemleri ve ölümleri söz konusudur.

1.Safha-Yıldız fırını iş başında: Hidrojenden Helyuma dönüşüm süreci…

Bir yıldız genç ve orta yaşlarda,merkezinde hidrojeni, atomik olarak yakmak sureti ile büyük miktarlarda ısı ve parçacıklı ışık enerjisi elde eder. Kül olarak da helyumu yapar. İçte meydana gelen bu dev enerji dışarıya doğru bir basınç yaparak yıldızı patlatmaya çalışırken,yıldızın dışındaki dev kütlesi de merkeze yani içe doğru ağırlık (yani basınç) yaparak bu iç tepkimeyi önlemeye çalışır. Böylece yıldız bir taraftan genişlemeye diğer taraftan da büzülmeye çalışır ve bir denge oluşur. Bu denge içte atomik tepkimeler sürdüğü sürece devam eder. Bir gün, içteki hidrojenin hepsi helyuma dönüşür ve yakıt biter.  Böylece atomik tepkime bir süreliğine sona ermiş olur.

2.Safha-Yıldız fırını iş başında:Helyumdan Karbon ve oksijen üretimi

Kütle çekimini dengeleyecek atomik tepkime ortadan kalktığında yıldız kütle çekiminin etkisi ile hızla içe doğru çökmeye başlar. Yıldızın iç bölgelerinde yoğunlaşma ve artan basınç sıcaklığı yeniden yükseltir. Sıcaklık 50 milyon dereceye ulaştığında yıldızın çekirdeğindeki helyum füzyon yapabilecek duruma geçer. İki helyum çekirdeği birleşerek yeni bir elemente dönüşür ve bu esnada büyük bir ısı ortaya çıkar. Böylece kütle çekimi dengelenir. Helyumun atomik olarak yanması ile oluşan element canlı yaşamın temel elementi olan karbon atomlarıdır. Ayrıca dolambaçlı bir yan yoldan berilyum oluşur. Ancak bu element çok kararsız bir yapıda olduğundan kısa süre içinde parçalanarak canlılar için çok önemli olan bir başka elementi, yani oksijeni ortaya çıkartır.

Kırmızı dev

Bu noktada kütlesi, güneşin kütlesinin 1.44 den daha az olan yıldızlar güçlü atomik tepkimenin etkisi ile devleşip  kırmızı bir renk alır : Kırmızı dev. Kendisine bağlı gezegenleri varsa en içtekilerini yanan ateş topunun içine alır. Güneşimiz de bir gün kırmızı dev haline dönüşecek, dönüştüğünde en yakınındaki gezegenleri muhtemelen de dünyayı içine alacağı tahmin ediliyor.

3.Safha:Yıldız Fırını yanıyor: Neon, Sodyum, Kalsiyum, Magnezyum , Kükürt ve Aliminyumun oluşumu

Helyum bittiğinde içe çökme süreci yeniden başlar. Isı yüzlerce milyon dereceye ulaşana kadar çökme sürer. Bu noktada karbon atomları nükleer tepkimeye girerek daha ağır elementleri oluşturmaya başlar. Atomik tepkime yıldızın kütle çekimi etkisi ile içe çökmesini durdurur. Bu pişirilme sonucunda önce neon, sonra sodyum ve karmaşık tepkimeler dizisi ile kalsiyum, magnezyum, kükürt ve alüminyum ortaya çıkar. Merkezdeki sıcaklık belirli bir noktada 500 milyon dereceye ulaşır. Elementler çeşitli katmanlarda yıkılır ve yeniden yapılır.

Ara Durak: Beyazcüce nin oluşumu

Sürecin sonucunda yıldız akıl almaz sıcaklıklara ulaşmış ve tekrar eden büzülme-genişleme evreleri sonucu Jüpiter misali bir gezegen büyüklüğüne gerilemiştir. Bu evreye ulaşan yıldız galaksinin kolunu terk ederek kollar arasındaki karanlık bölgeye kayar. Böyle yıldızlara gökbilimciler “Beyaz Cüce” adını vermektedir.

Beyazcüce

Zira yüksek ısıları nedeniyle parlak beyaz renkte olmalarına karşın boyutları nedeni ile çok zor fark edilir bir haldedirler..

Karanlık noktaya kaymış ve bu evreye ulaşmış bir yıldızın daha sonraki davranışı ne olabilir? Bundan sonraki değişimleri ve yıldızın kaderini, yıldızın başlangıçtaki kütlesinin büyüklüğü saptar.

  • Herhangi bir yıldız başlangıç kütlesi, güneşimizin bu günkü kütlesinin 1.44 misli ve fazlası olduğunda ve bu evreye ulaştığında, kritik kütle noktasını aşabilir ve çok daha değişik olayların ve elementlerin meydana gelmesini sağlar. Bu durum“Süpernova patlaması” adı altında aşağıda anlatılmaktadır.
  • Eğer bundan daha az bir kütleye sahipse, ki güneşimiz de bu kritik kütlenin altındadır, yavaş yavaş soğumaya başlar; sıkışmadan sonra ortaya çıkacak basınçla, içte bulunan karbon bir müddet daha atomik olarak yakılır ve bu element bittikten sonra da tam bir sönme meydana gelerek, kozmik açıdan ölü bir yapı olarak uzayın çöplüğünde ebedi istirahatgahına çekilir. Böyle bir yıldızın kütlesini oluşturan elementler dünyada bildiğimiz 92 elementin ancak ¼ ü kadardır.Yani nikele kadar olan kısmı kapsamaktadır.

Bildiğimiz diğer elementler nereden gelmektedir? İşte bu sorunun yanıtı kütlesi güneşin kütlesinin 1.44 den fazla olan yıldızları bekleyen akibette yatar.

Kritik kütlesi güneşin 1.44 misli üstünde olan cüce yıldızlara ne olur?: Süpernova patlaması

Hintli Gökbilimci Subramanyan Chandrasekhar hesaplarına göre kritik kütle sınırını aşan yıldızların başına daha çok işler gelmekteydi. Şimdiye kadar olan atomik tepkimeler elektron soyulmalarını (atomların elektronlarını yitirmeleri) kapsarken bu noktadan sonra devreye çekirdeği oluşturan elementer parçacıkların birbirinden tamamen ayrılması söz konusu oluyordu.

S.Cahndrasekhar, “mathematical theory of black holes (1974- 1983)” çalışması ile 1983 Nobel Fizik ödülünü kazandı.

Bu olay bir anlık bir gravitasyon büzüşmesi şeklinde ortaya çıkar. Öyle ki gezegen büyüklüğünde olan beyaz cüce, birkaç saniye içinde tamamen içeriye çökerek, yani büzülerek sadece 10 veya en fazla 20 km’lik bir küre haline dönüşür. Yıldız materyalinin bu şekilde sıkışması ile içteki sıcaklık üç milyar derecenin üzerine çıkar.(Güneşimizin merkezindeki sıcaklık sadece on beş milyon derecedir)

Bu evrede 28 protonlu ve 28 nötronlu iki silis atomu birleşerek demiri oluşturur. Ulaşılan bu son evrede sıcaklık güneşin merkezindekine göre 200 misli artmış, basınç çok büyük değerlere ulaşmıştır

Süpernova patlaması

İşte, bu anda, birdenbire, içteki atomların çekirdek parçalanması meydana gelerek, yıldızın toplam kütlesinin 1/10’u tahrip edilir ve sn de 10.000 km hızla çevreye doğru saçılır. Sanki bizi oluşturacak elementleri sağlamak için…Dünyadaki elementlerin birçoğu bu şekilde geçmişteki süpernova patlamalarından kazanılmıştır

Nötron yıldızları

Bu felaketten yani süpernova patlamasından sonra geriye ne kalmaktadır? Patlama ile birlikte yıldızın kütlesinin 1/10’luk kısmı karbon, silisyum, demir, altın, uranyum vs. uzaya savrulmuştur. Materyalin bir kısmı,yani 9/10’u ise hala oradadır. Geriye kalan kütle 10-20 km lik bir çapa sıkıştırılmış olsa da güneşi oluşturan kütleden daha büyüktür.

Nötronların sıkı sıkıya birbirine yapışmış olduğu bu yıldız sadece atom çekirdeklerinden oluşur. Bu yıldızın bir cm³’ü milyonlarca ton gelir. İşte bu yıldızlara “Nötron Yıldızı” denmektedir.

Bu evreye ulaşan yıldız kendi etrafında saniyede 30 defa dönmeye başlar. Bu yıldızlar hem radyo dalga frekansında hem de görünebilir ışık frekanslarında ışıma yapar. Dönme sırasında çıkan ışınlar bir deniz fenerinin ya da ışıldağın çıkardığı ışınlar gibi olduğundan ,yani belirli aralıklarla salındığından, bu yıldızlar göz kırpar gibi yanar sönerler. Bu nedenle bunlara “Atarca”(pulsar) adı verilir. İki ışıldama arasındaki aralık son derece dakik olduğundan bu yıldızların ışımaları uzay çalışmalarında bir uzay saati olarak kullanılmaktadır.

Nova nedir?

Yıldızların bir çoğu ikiz halinde bulunur, yani birbirleri etrafında dönerler. İşte bu yıldızlardan biri,kural olarak kütlesi büyük olan,yakıtını kural olarak daha erken bitirdiği için, er ya da geç kırmızı dev haline, daha sonra da beyaz cüce haline dönüşür.

Nova

Halbuki eşi olan yıldız bu aşamada en fazla kırmızı dev halindedir. Gravitasyon kuvvetinin artması yüzünden her iki yıldız birbirine yaklaşır, kırmızı devden beyaz cüceye köprü kurularak madde akmaya başlar. Beyaz cücenin kütlesi atomik tepkimeler meydana gelecek düzeye ulaştığında aniden patlayarak novaya dönüşür. Nova yalnız yıldız çiftlerinde mümkündür. Novanın enerji kaynağı hidrojendir. Buna karşılık süpernovalar ancak kütlesi yeterince büyük olan tek yıldızlarda ortaya çıkar ve enerji kaynağı başlıca silikon tepkimeleridir.

Print Friendly
Bunlarda ilginizi çekebilir:

Bir Cevap Yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir

*

Şu HTML etiketlerini ve özelliklerini kullanabilirsiniz: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>