Evrende Yıldız Oluşum Hızı Neden Azalıyor?

Evrende yıldız oluşum hızı 11 milyar yıl önce doruk yaptı ve şimdi yüzde 3-5’e düştü. En hızlı yıldız oluşturan galaksilerden biri olan 1689-zD1 yılda 12 Güneş kütlesinde yıldız yaratıyor. Samanyolu’nun yıldız oluşum hızı ise sadece yüzde 3 ve şu anda yılda 0,68 ila 1.45 arasında seyrediyor. Samanyolu 8 milyar yıl önce yıldız oluşumunu durdurmuştu ama 10 milyon ışık yılı çapındaki yerel grup galaksileriyle gerçekleşen çarpışmalar sonucunda yıldız doğum hızını artırdı. Peki Samanyolu’nda ve evrende yeni yıldızların oluşması ne zaman duracak? Daha da önemlisi neden duracak?

İstisnalar kaideyi bozmaz

Evrende yıldız oluşum hızı azalıyor ve entropi artıyor. 1 trilyon yıl sonra yıldızlar büyük ölçüde sönecek ve ısıl ölüm senaryosu uyarınca en uzak gelecekte evren gittikçe soğuyarak yok olacak. Peki bunu nereden biliyoruz? Gelecekte evrene ne olacağını nasıl hesaplıyoruz? Birtakım ölçütlere bakıyoruz:

• Yıldız oluşum hızının geçmiş ve gelecekteki değişimi
• Gelecekte sıfırdan yaşamın ortaya çıkması için gereken süre
• Dünya dışı zekanın ortaya çıkması ve uygarlık kurması için geçecek süre
• Evrende yıldız oluşumuna gereken ham madde miktarı (geriye ne kadar kaldı?)
• Galaksilerin çarpışarak birleşme oranı
• Karanlık enerjinin evreni genişletme hızı
• Entropi artışı (evrenin yıldız oluşumunda kullanabileceği enerjinin azalma oranı)

Buna göre evrende yıldız oluşum hızı 11 milyar yıl önce doruğa ulaştı. 9,7 milyar yıl önce evrendeki elementlerin oranı yaşama uygun gezegenlerde DNA molekülü oluşturmaya uygun hale geldi. 6 milyar yıl önce evrenin genişlemesi karanlık enerjiyle hızlanmaya başladı. Bugün galaksilerde yıldız oluşum hızı yüzde 3 ila 5’e düştü. Peki yeni yıldızlar nasıl oluşuyor?

İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?

 

Yıldız oluşum faktörleri

Yıldızlar galaksimizdeki Orion Bulutsusu gibi gaz ve toz bulutlarının yoğun olduğu bölgelerde yer alan yıldız doğum beşiklerinde oluşur. Buna beşik deriz; çünkü aynı anda yüzlerce yıldız oluşur. Gaz ve toz bulutları mevcut yıldız ışığıyla sıcak ve iyonize olduğundan kendi başına yıldızlar halinde çökmez. Yakınlardaki süpernova patlamalarının şok dalgası bulutsuları sıkıştırıp çökertir. Bu bağlamda:

• Çarpışan galaksiler çok büyük miktarda gazı sıkıştırır.
• Galaksiler başka galaksilerden ve galaksiler arası uzaydan gaz çeker.

Nitekim 4 milyar yıl sonra Samanyolu 2,2 milyon ışık yılı uzaktaki Andromeda’yla çarpışmaya başlayacak ve bu çarpışma 8 milyar yıl sonra tamamlanacak. Bu da yaklaşık 80 galaksi içeren yerel grubumuzdaki son ve en büyük çarpışma olacak. Samanyolu’ndaki yıldız oluşum hızı geçici olarak artacak ama bunun bir bedeli var: Galaksiler içerdiği gazın yalnızca yüzde 10’unu yıldız oluşumunda kullanıyor. Geri kalan gazı süper kütleli kara delikler uzaya üfler ya da bulutsular yıldızlar arası uzayda atıl kalır. Samanyolu-Andromeda birleşmesi son gaz rezervlerinin hızla tükenmesiyle sonuçlanacaktır:

İlgili yazı: Einstein Işığın Hızını Aşmayı Yasakladı mı?

 

Samanyolu ve Andromeda birleşmesi

Çarpışma sonucunda iki galaksinin momentumu azalacak ve bunlar tek bir yumurta şekilli (eliptik) galaksi halinde birleşecekler. Yıldız oluşumunun durmasının ardından Güneş benzeri yıldızlar zamanla sönecek ve geriye 1 trilyon, hatta 10 trilyon yıl yaşayabilen kırmızı cüceler kalacak. Kırmızı cüceler yıldızların yüzde 80’ini oluşturuyor. Siz de sayı üstünlüğü nedeniyle evrenin uzun süre boyunca yaşama elverişli olacağını düşünebilirsiniz. Oysa kırmızı cüceler sanıldığı kadar yaşama uygun değildir:

Bunlar küçük ve soluktur. Gezegenlerin yaşamı desteleyecek kadar sıcak olmak için kırmızı cüceye çok yakın olması gerekir. Bu da gelgit kilidi yemelerine ve bir yüzünün hep güneşe bakmasına sebep olur (Gözbebeği Gezegenler). Böylece elinizde gece yüzü soğuk ve karanlık, gündüz yüzü ise aşırı sıcak ve kavruk bir dünya kalır. Bunların gece-gündüz çizgisindeki ince dikey kuşak yaşama uygun olur. Özellikle de gölgeli derin vadilerde… Oysa kırmızı cüceler boyundan beklenmeyecek kadar aktiftir:

Kırmızı cüceler çok güçlü güneş parlamaları ve taçküre kütle atım olaylarına yol açar. Kısacası yoğun radyasyon gezegen yüzeyini sterilize eder ve güneş rüzgarı gezegen atmosferlerini Mars’ta olduğu gibi tüketir. Ancak Satürn büyüklüğünde olan ultra soğuk kırmızı cüceler yaşama zarar vermeyecek kadar az radyasyon yayar. Özetle yaşama en uygun yıldızlar Güneş benzeri yıldızlardır; çünkü bunlar gezegenlerin gelgit kilidine yakalanmayacak kadar uzaktan ısınmasını sağlar ama bu yıldızların ömrü maksimum 10 milyar yıldır. Peki bu durum evrenin geleceğiyle ilgili neyi gösteriyor?

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Yıldız oluşum hızı ve yaşlanan galaksiler

Samanyolu-Andromeda çarpışmasından yola çıkarsak son Güneş benzeri yıldızların 8 milyar yıl sonra oluşacağını görürüz. Bu da evrenin gittikçe azalan oranda 18 milyar yıl sonraya kadar yaşama elverişli olacağını gösteriyor. Sonuçta geçmiş geleceğin aynasıdır. Evren 13,8 milyar yaşında ve başlangıçta yaklaşık olarak yüzde 75 hidrojen ve yüzde 25 helyumdan oluşuyordu.

Aradan geçen sürede yıldızlar nükleer füzyonla hidrojeni kaynaştırarak helyuma dönüştürdü. Bugün evren yüzde 70 hidrojen, yüzde 28 helyum ve yüzde 2 de bizi oluşturan ağır elementlerden meydana geliyor. Yine de evren termodinamik nedeniyle serbest hidrojenin ancak yüzde 10’unu yıldızlara dönüştürebiliyor. Peki gelecekte başka galaksilerin çarpışmasını ne engelleyecektir? Karanlık enerji:

Evrenin genişlemesi karanlık enerji yüzünden gittikçe hızlanıyor ve galaksilerin arası açılıyor. Bugün evrenin yüzde 68’ini karanlık enerji oluşturuyor. Öyle ki 7 milyar yıl önce yerçekimiyle birbirine bağlı olmayan galaksiler gelecekte birbirinden tümüyle kopacaktır. Bu da galaksilerin birleşerek yıldız oluşumunu hızlandırmasını önleyecektir.

En basitinden yerel galaksi grubumuz Virgo galaksi kümesine doğru saniyede 400 km hızla yol alıyor. Virgo kümesi de Laniakea süper kümesine yerel grupla birlikte saniyede 630 km hızla yol alıyor. Oysa bu kümeler asla birleşmeyecek. Samanyolu’nda yıldız oluşumunun duracağı yıllarda (8 milyar yıl sonra) Virgo yerel gruptan tümüyle kopmuş olacak. Özetle evrende yıldız oluşum hızı yeni galaksi oluşumu ve galaksilerin birleşmesi durduğu için azalacak. Şimdi gelelim ısıl ölüm ve entropiye:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Entropiye rağmen yıldız oluşum

Entropiyi iki türlü düşünürüz: Bir fiziksel sistem kaç farklı fiziksel sisteme karşılık gelebilir ve bir sistemin yararlı iş yapmakta kullanabileceği enerji miktarı nedir? İlkinde kül yığınını düşünün. Yangından sonraki küllerin entropisi bir paket bulgurdan yüksektir. Sonuçta bu küller yanmış bir oyuncak veya bitki külleri olabilir. Çok sayıda farklı şeyin yanmasından kaynaklanır. Bir paket bulgurun ne olduğu ise bellidir: Bulgur. Bulgurun entropisi sadece hangi buğdaydan geldiğini bilemeyeceğimiz anlamında yüksektir.

Entropiyi enerjiyle anlatmak daha kolaydır. Evren genişledikçe uzaydaki madde ve enerji seyreliyor. Bu da bir iş yapmak için enerjiyi bir yerden alıp başka yere koymayı zorlaştırıyor; çünkü lokal uzayda enerjinin yoğunluğu eşitleniyor. Bir yerde enerji fazlası bulup bunu enerjinin az olduğu bir yere taşıyarak makine çalıştırıp iş yapmak zorlaşıyor. Gelecekte evren o kadar soğuk ve boş olacak ki sıcaklık farkı kalmayacak. Böylece sıcağı soğuğa akıtarak iş yapmak da mümkün olmayacak.

Evren büyük patlamayla oluştuğunda S = 10⁸⁸ k_B entropi içeriyordu ve aradan geçen 13,77 milyar yılda bu oran S = 10¹⁰³ k_B’ye çıktı. Bu değer S = 10¹²⁰ k_B’ye kadar artmaya devam edecek. O aşamada evrendeki maddenin neredeyse tamamı kara deliğe dönüşmüş veya düşmüş olacak. Kara delikler de aralarında birleşerek buharlaşmaya başlamış olacaklar. Bütün ara deliklerin Hawking Radyasyonuyla buharlaşmasının ardından, yani 10¹⁰⁸ yıl sonra evrendeki tüm hareketlilik duracak.

Yıldız oluşum için son söz

İşte bu ısıl ölümdür ama yıldız oluşumu bundan çok önce, 100 trilyon yılda durmuş olacak. Galaksilerinin kara deliğe dönüşmesi ise 100 katrilyon yıl alacak. Peki evren kaçınılmaz sona doğru giderken, insanlar 10 trilyon yıl sonra nasıl yaşayacak? Onu da şimdi görebilir ve yıldızlar sönünce kara deliklerin yardımıyla enerji üreterek yaşamanın yollarına bakabilirsiniz. Antiyerçekimini keşfedersek evrenin geleceğini nasıl değiştireceğimize bakabilir ve demir yıldızların çöküşüyle kaçınılmaz geleceğimize göz atabilir, yıldızların sönüşünü ise hemen aşağıda izleyebilirsiniz. Güzel bir hafta sonu geçirmeniz dileğiyle bilimle ve sağlıcakla kalın.

İkizlerevi neden sönmeye yüz tuttu?

¹The present-day star formation rate of the Milky-Way determined from Spitzer detected young stellar objects
²Star Formation in the Milky Way and Nearby Galaxies
³The volumetric star formation law in the Milky Way
⁴Observational Evidence of Dynamic Star Formation Rate in Milky Way Giant Molecular Clouds