Bir Gezegenin Doğuşu >> Bebek gezegenler genç yıldızı saran bulutun arkasından göz kırpıyor

Bir yıldız ilk kez tutuşarak ışık saçtığında kendini saran gaz ve toz bulutunu da bir disk halinde ötelere üflüyor ve yakın çevresini temizliyor. “Gezegen öncesi disk” de denilen bu bulutun içinde yeni gezegenler oluşuyor. Nitekim 4,6 milyar yıl önce Dünyamız da böyle doğdu. Peki diskin arkasından göz kırpan saklı gezegenleri nasıl görebiliriz?

Saklambaç oynayan gezegenler

Karanlık bir odanın, örneğin bir konser salonunun büyüklüğünü nasıl ölçersiniz? Bağırarak kulak kabartır ve sesinizin duvarlardan nasıl yankılandığına bakarak odanın büyüklüğü hakkında genel fikir sahibi olursunuz.

İlgili yazı: Yerfıstığı Şekilli Yıldız Sistemi >> Bilinen en büyük sarı güneşin üzerinde yüzen başka bir yıldız var

 

Işık radarı

Astronomlar da gökyüzünde küçücük bir nokta halinde görünen gökcisimlerini incelemek için yankıdan yararlanıyor. Ancak uzayda hava olmadığı için ses değil, ışık yankılarını kullanıyorlar.

Evet, ışığın da yankısı var

Sonuçta ışık bir elektromanyetik dalga türü ve bu açıdan ses dalgalarına benziyor; bakmasını bilenler için gayet güzel yankı yapıyor.

Bakmasını bilen dedik de ilk kez İkinci Dünya Savaşı’nda yaygın olarak kullanılan radarlar da düşman uçaklarının uzaklığını radyo dalgalarının hedeften yansımasına bakarak ölçüyor. Aynı şey ışıkla çalışan lazer radar LIDAR için de geçerli.

İlgili yazı: Lazerle çalışan LIDAR klasik radarın yerini alıyor

 

Bebek gezegenlerle ne ilgisi var?

Uzayda hayat barındıran yeni gezegenler bulmak ve Dünyamızın milyarlarca yıl önce nasıl oluştuğunu anlamak için yeni oluşan yıldız sistemlerini incelemek zorundayız.

İlk kez tutuşarak yakın çevresini gaz ve tozdan temizleyen bebek yıldızların yeni dünyalar doğuran “gezegen öncesi disk”in iç sınırına uzaklığını ölçmek bu konuda çok faydalı (Neden faydalı sorusunun cevabı için Uzayın Mücevheri Elmas Gezegenler yazıma bakabilirsiniz).

Ancak, konumuz açısından bilim insanlarının bu mesafeyi ışık dalgalarının yankılanmasına bakarak ölçtüğünü ve böylece gezegenlerin doğumu hakkında kritik veriler elde ettiklerini söyleyebilirim. Nasıl derseniz hemen alt başlığa geçelim:

 

Işık titreşimleriyle

Astronomların uzayda gezegen aramak için kullandığı son teknik, ışık yankıları da denilen ışık titreşimlerini kullanmak. Gerçi bunu zaten biliyorsunuz. Sadece şimdiye kadar hiç bu açıdan düşünmemiştiniz:

Odada ışığı yaktığınız zaman lambanın yanmasıyla duvarların aydınlanması arasında bir süre geçer. 9 metrekarelik bir odada bilimsel aygıtlarla bile bu gecikme süresini ölçmek imkansızdır. Nihayet ışık saniyede 300 bin km hızla gidiyor ve 3 metre ötedeki duvarı anında aydınlatıyor.

İlgili yazı: Kendi gezegenlerini yutan yamyam yıldızlar

 

Şimdi dev Güneş Sistemi’ni düşünün

Dünyamız Güneş’e ortalama 150 milyon km uzakta ve ışık hızıyla bile Güneş ışığının bize ulaşması 8 dakika alıyor. Öyle ki Einstein’ın görelilik teorisine göre Güneş şimdi sönse biz bunu 8 dakika sonra fark ederdik.

Uzayda mesafeler benim çalışma odamdan çok daha büyük. Örneğin yıldıza en yakın gezegen öncesi diskin iç sınırı merkezdeki Güneş’e 10-15 milyon km uzakta. Kısacası ışığın yanmasıyla duvarı aydınlatma süresi arasındaki farkı astronomik boyutlarda ölçmek mümkün.

Biz de bunun için gelişmiş bir teleskop, güçlü bir bilgisayar ve zekice yazılmış algoritmalar kullanırız. Böylece yıldız ışığının titremesiyle diskten sekerek diski aydınlatan ışık yansımasının titremesi arasındaki farkı ölçebiliriz. Bu sayede yıldızı saran gaz diskinin iç kenarının yıldızdan ne kadar uzak olduğunu görebiliriz.

Kılı kırk yarmak

İyi de ışık yankılarını ölçmek için tam biz bakarken yanan bebek yıldız bulmamız gerekmiyor mu? Galaksimizde 100 milyar yıldız olsa da bize yeterince yakın olan ve tam biz bakarken yanan bir yıldız bulmamız milyonlarca yıl alabilir. Şansımıza o kadar beklemek zorunda değiliz.

 

Titrek yıldızlar

Gaz ve toz bulutlarının merkezinde yeni oluşan genç yıldızların en büyük özelliği ergenler gibi dengesiz olmaları. 🙂 Bu yıldızlar olgunlaşana kadar mum alevi gibi titreyerek yanıyor. Dolasıyla onları saran gaz ve toz diskini aydınlatan ışığın yoğunluğu da değişiyor.

Bu da 20 milyon yıl önce doğmuş bir yıldızı bile incelememizi sağlıyor. Yıldızı saran nispeten eski bir gezegen öncesi diskin yıldıza mesafesini ışık yankılarıyla ölçmemize izin veriyor.

Hatta ışık yankılarını ölçmek için yıldızı uzun yıllar boyunca gözlemlemiş olan farklı teleskopların çektiği fotoğrafları slayt gösterisi gibi animasyonlu olarak karşılaştırabiliriz. Ancak bu yeni bir teknik ve biz de veri toplamaya geçen yıl başladık. Yine de heyecan verici veriler elde etmeyi başardık.

 

Zeki astronomlar

Arizona Üniversitesi, Tucson’da araştırmalarını sürdüren astronomlar YLW 16B adlı genç bir sarı yıldızın ışığındaki titreşimleri incelediler. Dünya’dan 400 ışık yılı uzaktaki YLW 16B Güneşimizle hemen aynı kütledeki bir sarı cüce.

Ancak bir fark var: Güneşimiz 4,6 milyar yıl yaşında bir yetişkin. YLW 16B ise sadece 1 milyon yıl yaşındaki bebek. Bu yüzden de çelimsiz ve titrek yanıyor.

Astronomlar ışığı değil de ısıyı gören kızılötesi Spitzer uzay teleskopunun çektiği fotoğrafları Arizona’daki Kitt Peak Ulusal Gözlemevi’ndeki Mayall teleskopu, Şili’deki SOAR ve SMART teleskopu ve Meksika’daki Harold L. Johnson teleskopunun çektiği resimlerle karşılaştırdılar.

 

Gözlemler sadece iki gece sürdü

Araştırmacılar başka projelerde de kullanıldığı için iki arada bir dereye sıkıştırdıkları kısa süreli gözlemlerde yıldızın titremesi ile gezegen öncesi diski aydınlatan ışığın titremesi arasındaki süreyi ölçtüler.

Sonuç olarak Yeryüzündeki teleskoplar, ışık tayfında kırmızı ışığa yaklaşan nispeten kısa frekanslı yakın kızılötesi ışığı inceledi. Bu dalga boyu yıldız ışığındaki titremeye karşılık geliyordu. Uzay teleskopu Spitzer ise uzun dalga boylu kızılötesi ışığı inceledi.

Bu da yıldızın diskten sekerek yansıyan (yani diski aydınlatan) ve bu sırada enerji kaybettiği için uzun dalga boylarına kayan kızılötesi ışığıydı. Böylece diskin yıldıza uzaklığını ölçmeleri mümkün oldu.

 

Neden görünür ışık kullanmadılar?

Genç yıldızı bir gaz ve toz diskinin sardığını unutmayın. Üstelik biz bu diske simit misali yandan bakıyoruz. Bu sebeple yıldız gölgeleniyor. Tek çaremiz diskin içinden geçebilen kızılötesi ışığa bakmak.

Disk ne kadar uzak?

Evet, artık yazının başından beri merak ettiğiniz soruyu cevaplayabilirim: Diskin merkezdeki yıldıza uzaklığı Dünya-Güneş mesafesinin yüzde 8’i, yani 12 milyon km. Bu da Güneş’e en yakın gezegen olan Merkür’ün uzaklığının dörtte biri.

İlgili yazı: Uzayda uzaylı göstergesi Dyson küresi mi var?

 

Ne önemi var?

Bilim insanları gezegenlerin nasıl oluştuğuna dair bir teori geliştirdiler ve genç güneş sistemlerine bakarak bunu test ediyorlar. Gezegen öncesi disk ile yıldız arasındaki mesafe teoride öngörülen mesafeye neredeyse eşit (tahminlerden biraz daha yakın).

Ancak genel olarak teorinin doğru olduğunu gösteriyor. Bir de gezegen öncesi diskin yıldıza bakan iç kenarı tahinlerimizden biraz kalın çıktı. Şimdi astronomlar bize göre küçük olan bu farkı açıklamak için gönüllü olarak sabahlayacaklar. 😉

İlgili yazı: Dyson küresi ile güneşi kafese kapatmak >> Enerji sorununa kesin çözüm

 

Bebek gezegenler keşfediyoruz

Arizona Üniversitesi, Tucson’da doktora sonrası araştırmalar yapan Huang Meng ışık yankılarının önemini şöyle açıklıyor:

“Gezegen öncesi diskleri anlayarak Güneş Sistemimiz dışındaki yıldız sistemlerinde bulunan öte gezegenlerin sırlarını çözebiliriz. Gezegenlerin nasıl oluştuğunu ve sıcak Jüpiter dediğimiz büyük gezegenlerin neden yıldızlara Merkür’den bile yakın olduğunu bilmek istiyoruz.”

Meng ışık yankılarıyla bulut disklerinin büyüklüğünü ölçme tekniğini geliştirdi ve bu konuda bir kitap yazdı. Şimdi bu kitapta anlatılan kara delik avlama tekniklerine değinelim. Işık yankılarının gizemli kara delikleri nasıl açığa çıkardığına bakalım.

 İlgili yazı: Kara delik yıldızı nasıl yuttu?

 

Saklı kara delikler

Aktif kara delikleri saran bir birikim diski bulunuyor. Bu disk süper sıcak ve radyoaktif olması dışında gezegen öncesi disklere çok benziyor.

Astronomlar ışık yankısı tekniğini kullanarak birikim diskiyle kuşatılmış olan ve yandan baktığımız için görünmeyen süper kütleli bir kara deliği bile bu teknikle gözlemlemeyi başardılar. Şimdi diyeceksiniz ki kara delik zaten ışık saçmaz. Nasıl oldu bu iş?

Aslında bu tam olarak doğru değil. Kara deliğe düşen gazlar sıcaktan akkor halinde parlıyor. Ayrıca kara delik arkadaki yıldız ışığını bükerek olay ufkunu saran bir ışık halkası oluşturuyor (Interstellar Filmi Ne Kadar Gerçekçi? yazıma bakınız).

İlgili yazı: Uzay Kazası >> Şanslı yıldız kara delikle çarpışmaktan son anda kurtuldu

 

Kurnaz astronomlar

Astronomlar yandan baktığımız için diskin arkasında gizlenen kara deliği incelemek amacıyla bizzat kara deliğin karanlık olmasından yararlandılar! Kara deliği saran birikim diski sadece sıcak olduğu için parlıyordu. Böylece diskin iç kenarıyla dış kenarı arasındaki parlaklık farkını ölçtüler.

Kara deliğe uzak olan dış kenar daha yavaş dönüyordu. Dolayısıyla soğuk ve soluktu. İç kenar ise hızla dönüyordu; süper sıcak ve parlaktı. Böylece kara deliği saran birikim diskinin genişliğini ölçerek kara delik oluşum teorilerini test ettiler.

İlgili yazı: Kara deliğe düşen astronota ne olur?

 

74 saniye

Süper kütleli kara deliklerin zamanı yavaşlatan etkisi nedeniyle ışık yankılarındaki, yani ışığın titreşimindeki değişiklikleri incelemek uzun sürüyor; çünkü parlaklığın artması ve azalması haftalar alıyor. Bebek gezegenlerle kuşatılmış olan genç yıldızların ışığındaki titreşimi ölçmek ise sadece 74 saniye sürüyor.

Spitzer teleskopu ilk kez bu amaç için kullanıldı ve kızılötesi teleskopların uzaydaki saklı kara delikleri avlamanın yanı sıra, yeni gezegenler ve bebek güneş sistemleri keşfetmekte de kullanılabileceğini kanıtladı.

Özetle gezegen avcısı astronomlar Evren’e yeni bir kapı daha açarak uzayda hayat bulma şansımızı artıtan yeni gelişmelere imza attılar. Ben de uzayda hayat bulunursa blogda heyecandan titreyerek yazmaktan büyük keyif alacağım. 😉  Şimdi bir Kara Deliğin Yıldızı Nasıl Yuttuğunu anlatan yazıma geçebilirsiniz.

Gezegen öncesi diskte gezegenler nasıl oluşuyor?