Yıldızların Yaşam Hikayeleri

Gökyüzünü incelediğimizde, inci tanecikleri gibi parlayan, varlığımızın hammaddeleri yıldızların bizler gibi doğup büyüyerek,olgun hale geldikten sonra yavaş yavaş yaşamlarının sona erdiklerini görmekteyizAma bir farkla; bizler sessizce bu dünyayı terk ederken,yıldızların ölümü etrafındaki diğer yapılar için bir tehdit halini alır


Uzayda galaksilerin içinde, nebula olarak adlandırılan ,soğuk ve karanlık toz bulutları vardır Bunlar az sayıdaki helyum atomları ile hidrojen atomlarından meydana gelen seyrek gazlardırBu gaz ve toz bulutları,galaksi etrafındaki şok dalgalarının ve gaz bulutlarının kendi gravitasyonel çekiminin neden olduğu etki ile büyük bulut ve küreler halinde yoğunlaşarak,sıkışıp ısınırlar Çünkü bu gaz küresi kendini oluşturan gazların korkunç ağırlığına karşı koyamaz Böylece yıldız taslağı büzülmeyi,merkezdeki basınç ve sıcaklık da artmayı sürdürür (basınçla sıcaklık doğru orantılıdır)Sonunda da yıldız taslağının merkezindeki sıcaklık on milyon dereceye ulaşınca hidrojen yanması başlar


Bu sıcaklıkta Hidrojen atomlarının çekirdekleri öylesine büyük hızlarla hareket ederler ki, çarpıştıkları zaman birbirleriyle kaynaşıp bu süreç sonucunda hidrojeni helyuma dönüştürürler Kaynaşan her dört hidrojen çekirdeğine karşılık bir helyum çekirdeği ortaya çıkar Ama daha önemlisi sonuçta açığa çıkan helyum çekirdeğinin ağırlığı, başlangıçtaki dört hidrojen çekirdeğinin ağırlığından daha azdır Burada kaybolan madde,Einsten ın ünlü E=mc2 formulü uyarınca saf enerjiye dönüşür Hidrojen yanmasından ortaya çıkan bu korkunç enerji, sonunda yıldız taslağının kendi ağırlığını taşımasını sağlayarak büzülmeyi durdurur ve bir yıldızın doğmasına sebep olur


Bizim yıldızımız olan Güneş’in merkezinde de her saniyede altı yüz milyon ton hidrojen, helyuma dönüşür ve bu süreç milyarlarca yıl sürerBu enerjinin yüzeye çıkması ise bir milyon yıl alırBu nedenle merkezde enerji üretimi dursa bile yıdızda bir milyon yıllık enerji depolanmıştırYıldızın merkezindeki tüm hidrojen bittiğinde ise hidrojen yanması durur Dışarıya doğru akan enerji olmayınca da yıldız kendi çekim etkisine dayanamaz ve kendi ağırlığını taşıyamayan helyumca zengin çekirdek çökmeye başlar Bu çökmenin etkisiyle gittikçe sıkışan çekirdekteki sıcaklık çok yüksek değerlere ulaşır Her ne kadar merkezde hidrojen tükenmiş olsa da çekirdekle yüzeyi arasında hâlâ bol miktarda hidrojen yakıtı vardır Sonunda tekrar sıcaklık o denli artar ki,çekirdeğin çevresindeki bir katmanda hidrojen yanmaya başlar Kabuk hidrojenin yanmasının başlamasıyla da yıldız yeni bir enerji kaynağı ve bol miktarda da yakıta kavuşmuş olur Böylece, yıldız yavaş yavaş genişlemeye başlar


Yanan bir hidrojen tabakası ile kapalı çekirdek çökmeyi sürdürdükçe de yıldızın dış katmanları dışarıya doğru itilir Yüz milyon dereceye ulaşan merkez sıcaklığı, buradaki helyum çekirdeğinin başlangıçtaki gibi öyle yüksek hızlarla hareket etmesine ve şiddetli çarpışmalarına neden olur ki, bu çekirdekler kaynaşarak karbon ve oksijen çekirdeklerini meydana getirirlerBöylece helyum yakıt,karbon ve oksijen de artık olur


Helyum yanmasının başlaması, dışarıya doğru yeni bir enerji akımı yaratır Ve tekrar çökmeyi durdurur Şimdi yıldızın derinliklerinde iki termonükleer vardır Yani merkezde helyum ve çevredeki bir katmanda hidrojen yanmaları


Bu çift kaynaklı termonükleer tepkime sonucunda yıldızın boyutları öyle dev büyüklüklere ulaşır ki, hacmi bir milyar kat büyür Yıldızın dış katmanları dışarıya doğru itildikçe de bu katmanları oluşturan atomlar birbirlerinden gittikçe uzaklaşmaya, dolayısıyla da yıldızın dış katmanlarındaki yoğunluk ve basınç da azalmaya başlar Bu hale dönüşecek olan bizim güneşimiz de ,yüzey sıcaklığı altı bin dereceye sahip,tıpkı demircinin örsü üzerindeki kızgın demir gibi kırmızımsı bir ışıkla parıldayarak Kırmızı Dev ismini alacaktır Kırmızı dev evresinden yaklaşık birkaç milyar yıl sonra, yıldızın çekirdeğindeki helyum da tükenir Bu nedenle helyum yanması durur ve çekirdek,yıldızın kendi çekimi altında bir kez daha çökmeye başlar Sıcaklık ve basınç bir önceki evreden daha yüksek evrelere ulaşır ki, sonuçta karbon ve oksijence zengin çekirdeğin çevresindeki ince bir katmanda helyum yanmaya başlar Bu güneş ve benzeri olan yıldızların yaşamlarındaki son evredir Çünkü, bu tip yıldızların kütleleri daha ileri düzeyde termonükleer tepkimeleri başlatacak denli büyük değildir Yani dış katmanların ağırlığı merkezde karbon ve oksijen termonükleer tepkimelerini başlatacak derecede büyük sıcaklık ve basınçlar oluşturamazlar


Sonuçta Hidrojen ve helyum yanmaları yıldızın dış katmanlarına doğru yayılır; ama merkezdeki karbon ve oksijen, tepkimeye girmeden kalır Bu durum, çekim etkisini durduramayacağından tekrar büzülmeye başlar Bunun sonucunda yıldızın derinliklerinde ki atomlar öylesine büyük bir kuvvetle sıkıştırılırlar ki, elektronlar atom çekirdeklerinden ayrılarak yıldızın içini, elektron denizinde yüzen atom çekirdeklerinden ibaret kılarlar


Ve yıldız, yerküremizin boyutlarına dek küçüldüğünde, elektronlar, uygulanan basınca daha fazla dayanamayıp karşı koyarlar Çünkü, elektronlar birbirine öyle yaklaşmışlardır ki, biraz daha sıkıştırma iki elektronun uzayda aynı yerde bulunması anlamına eşdeğer olurAncak bu durum da kuantum fiziğine aykırıdır Pauli dışlama ilkesi adı verilen yasaya göre, özdeş (aynı) kütle, spin,elektrik yüklü olan iki parçacık aynı yerde ve kuantum durumunda bulunamaz Bunun sonucu olarak da ortaya çıkan basınç, yoz elektron basıncı adını alır ve yıldızın daha çok büzülmesini önler


Böyle ölü bir güneşin çapı, yaklaşık on bin kilometreye, madde yoğunluğunun yaklaşık 1 cm küpünün ağırlığı da bin tona ulaşır Çevresinde gezegenimsi bulutsuyu oluşturan (dışa yayılan,atılan) gazlar dağılıp kaybolduğunda da yüzey sıcaklığı yüz bin derece civarında olup büzülerek yerküre boyutlarına indiğinde de bu sıcaklık kırk bin,elli bin dereceye düşer İşte bu akkor halinde göz kamaştırıcı mavimsi beyaz bir ışıkla parlayan yıldızlara Beyaz Cüce adı verilir


Bir beyaz cüceye dönüşecek olan güneşimiz de, bu halde iken tıpkı benzerleri gibi, kendi ekseni etrafındaki dönüşünü öyle artıracak ki, sonunda yıldız durumundayken sahip olduğundan çok daha güçlü elektro manyetik alan üreterek durumunu bu şekliyle devam ettirecektir


Büyük kütleleli yıldızlar da tıpkı küçük kütleliler gibi kırmızı dev evresine geldiklerinde, merkezlerinde hidrojen ve helyum yakmaktadırlar Bir farkı, büyük kütleli olmaları dolayısıyla daha yüksek düzeydeki termonükleer tepkimeleri başlatabilmeleridir


Yani küçük kütleli bir yıldızın sıcaklığı düşük olduğundan, çekirdekteki karbon ve oksijence zengin yakıtı ateşlenemiyordu Oysa büyük kütleli bir yıldızın korkunç basıncı, merkezdeki sıcaklığı yedi yüz milyon dereceye dek yükselterek karbon yanmasını başlatır Daha sonra sıcaklık, bir milyar dereceye kadar yükseldiğinde de oksijen ateşlenir ve her iki durumda da tepkimeler çekirdekte karbon ve oksijen tükeninceye dek sürer Bu ana gelindiğinde tepkimeler bir an durur ve çekim etkisi altında çekirdek büzülmeye başlarKısa bir süre içinde de sıcaklık öylesine yükselir ki, bu kez aynı tepkimeler çekirdek etrafındaki ince bir katmanda kendini gösterir


Oksijen yanmasının artığı silikondur ve oksijen tepkimeleri ince bir katman halinde yıldızın merkezinden dışarıya doğru yayıldıkça bu silikonu bırakır Daha fazla basınç, merkezdeki sıcaklığı üç milyar dereceye yükselttiğinde de silikon yanması başlarBu yanmanın artığı da demir elementidir Fakat demir, merkezdeki sıcaklık ve basınç ne olursa olsun termonükleer tepkimeye girmez Bu yüzden yaşamının sonuna doğru böyle büyük kütleli bir yıldızın sahip olduğu,demirce zengin bir çekirdek ve çevresindeki ince katmanlarda sırasıyla, yüzeye doğru silikon, oksijen, karbon, helyum ve en dışta da hidrojen termonükleer tepkimeleri bulunur


Böyle bir yıldızın merkezdeki demir atomlarının çekirdekleri ve elektronları birbirlerinden tümüyle ayrı durumdadır Çünkü hiçbir atom böyle sıcaklık ve basınç altında varlığını sürdüremezBu yüzden de yıldızın içi tümüyle elektron denizinde yüzmekte olan demir çekirdeklerinden ibaret olurSonunda, merkezdeki ölü bölge, yıldızın basıncını taşıyamaz duruma gelir; korkunç basınç yüzünden elektronlar demir atomun çekirdeğine itilerek bir elektronu bir protonla birleştirip bir nötron ve bir nötrinoya dönüşmesine neden olurYani eşit sayıdaki karşıt elektrik yükleri birbirlerini yok ederek, yıldızın içini tek ve nötr nötronlardan oluşan büyük atom çekirdeğine dönüştürürler Nötronların kendilerini meydana getiren proton ve elektronlardan çok daha az yer kaplaması dolayısıyla yıldız aniden şiddetle çöker ve sonucunda da açığa çıkan enerji,yıldızın doğumundan o ana kadar yaydığı toplam enerji miktarına eşit olur Benzer bir deyişle,yıldızdan milyarlarca yıl azar azar yayılan enerji, birkaç saat gibi kısa bir sürede yıldızın içini doldurur Çöken çekirdekten yayılan (ki açığa çıkan nötrinonun da yarattığı) şok dalgası, yüzeye doğru yayılırken yıldız tümüyle parçalanır Bu korkunç patlamaya Süper Nova patlaması adı verilir (Nova patlamaları bundan farklı olarak, biri kırmızı dev diğeri de beyaz cüce safhasına gelmiş çift yıldız sisteminde kırmızı devin yüzeyindeki tepkimeye girmemiş hidrojen gazının çekim etkisiyle beyaz cücenin yüzeyinde birikerek güçlü çekimin etkisiyle sıcaklık ve basıncının artıp patlamalı bir hidrojen termonükleer tepkimesiyle parlaklığın on bin kat artması sonucu ortaya çıkar)Bu patlama uzaydaki olayların en muhteşemidirBu durumdaki yıldız,normal ışığından milyonlarca defa daha fazla ışıma yaparak içinde bulunduğu galaksiyi projektör gibi aydınlatıp onun ışımasını gölgede bırakabilmektedir Patlamadan hemen sonra yıldızdan geriye kalan iç merkezi ise kendi içine doğru çöker ve artık ışıma yapamaz hale gelirÇünkü yıldızda artık hidrojen, helyum, demir gibi elementler yerine, sadece nötron çekirdekleri bulunur Yıldız,artık boş bir nötron yumağı haline gelerek,nötronların aşırı çekiminden kaynaklanan korkunç şiddetli bir çekim alanına sahip olur Fakat, beyaz cücelerdeki elektronların yaptığı gibi,nötronlar da pauli dışlama ilkesine uydukları için, neden oldukları yoz nötron basıncı ile bu güçlü basıncı durdurarak Nötron yıldızı adını alırlar


Çöken nötron yıldızının boyutu küçülmeyi sürdürdükçe dönüşü de hızlanır Öyle ki, çapı yaklaşık otuz-otuz beş kilometreye ve bir kaşıklık maddesi de kırk milyar ton gelmeye başlar Bununla birlikte de yıldız , saniyede bir ile on defa dönüş hareketi yaparak radyo dalgaları yayınlar Çünkü zayıf manyetik alana sahip bir yıldız, küçük boyutlara kadar büzülürse, manyetik alanı da orantılı bir biçimde artarBunun nedeni de,önceden milyonlarca, milyarlarca kilometre kareye dağılmış olan alanın çökmesiyle birlikte çok küçük bir yüzeye sıkışmasıdır Sonuçta, nötron yıldızları, güneşte bulunan manyetik alanın bir trilyon katına sahip olur ve yıldızın yüzeyindeki elektronların kuzey ve güney kutuplarındaki bu manyetik alanlarla etkileşmesiyle ivmelenerek Radyo dalgaları yayınlarlar (Manyetik kutuplar dönme ekseniyle aynı doğrultuda değil, belli bir açı altında bulunur ve hızlı dönen bir mıknatıs gibi davranır)İşte bu haldeki nötron yıldızlarına, aralıklı ve düzenli Radyo dalgaları yayan anlamında Pulsar (atarca) ismi verilir








Eğer bir yıldızın kütlesi güneşin kütlesinden en az kırk-elli kat büyük olursa, yaşamının sonunda bir süpernova patlaması ile gazlarının büyük bir kısmını püskürtemeyecek ve kütlesi güneşten iki buçuk kat daha büyük olan bir yıldız kalıntısına dönüşecektirBu durumdaki kütle, yoz elektron ve nötron basıncı tarafından dengeleyemeyeceğinden her yönden basınç yapan trilyonlarca ton ağırlığındaki bu kalıntı maddesi, yıldızı gittikçe küçülterek, tüm varlığını Tek bir noktada yitirmesine neden olur(Doğada güneşin kütlesinin iki buçuk katından daha büyük kütlelerin basıncını dengeleyebilecek hiçbir kuvvet yoktur) Çekim kuvveti,yıldızın hacmini küçülttükçe yıldızın çevresindeki uzay-zaman eğriliğini de gittikçe artırır Bunun sonucu olarak da yıldız yüzeyinden ayrılan ışınlar giderek daha büyük oranda eğilmeye başlarlar Bu bükülme sonunda öyle bir kritik aşamaya gelinir ki, tüm ışınlar tekrar yıldız yüzeyine geri dönmek durumunda kalırYıldızdan çıkan ışınlar ne yönden olursa olsun eğri uzay zaman tarafından hapsedilip dışarı yayınlamıyacağından, yıldız simsiyah kesilir ve hiçbir cisim ışıktan hızlı hareket edemeyeceği için (fakat bu, algıladığımız evren için geçerlidir) artık yıldızdan dış evrene hiçbir şey kaçamaz olur


Böylece, çekim öylesine güçlü hale gelir ki, yıldız tam anlamıyla evrenden yok olur Işığın artık kaçamayacağı kritik yarıçapa,Olay Ufku; yıldızın çökerek bir karadelik oluşturması için meydana gelecek büyüklüğe de “schwarzchıld yarıçapı”denir


Olay ufkunun ardında ne olup bittiğini anlamanın hiçbir yolu yoktur Bu ufkun ardında kimseyle haberleşemezsiniz (mesaj gider; ama oradaki mesaj asla gelmez) Çünkü, orası bizim uzay zamanımızdan soyutlanarak evrenimizin bir parçası olmaktan artık çıkmıştır ve yıldız da olay ufkunun altında tüm kütlesini merkezdeki sıfır hacimde ve sonsuz yoğunluktaki Zümrütü Anka misali bir Düşsel Tekillik noktasında toplamaya yönelik çökmesine devam eder



Popüler Bilim Dergisi

Temmuz 2001


Kaynakça:

William J Kaufmann : Evrenin Evrimi ve Yıldızların Oluşumu

Carl Sagan: Kosmos