Dünyanın Altını Nereden Geliyor? >> Evrende altının kaynağı çarpışan süper yoğun nötron yıldızları

Garip ama gerçek: Yakın zamana kadar Dünya’daki altının nereden geldiğini bilmiyorduk. Gerçi karbon, neon, oksijen, silikon, demir gibi elementlerin süpernova patlamalarının öncesinde yıldızlarda ortaya çıktığını biliyorduk. Diğer ağır elementlerin de yıldız patlamaları sırasında uzaya saçıldığını anlamıştık. Ancak, evrende altının nasıl ortaya çıktığına dair kesin bir fikrimiz yoktu.

Artık biliyoruz. Evrende altın elementini nötron yıldızı çarpışmaları üretiyor ve Dünya’daki altının nadir olmasının sebebi de aslında altının bütün evrende az olması. Harvard-Smithsonian Astrofizik Merkezi’nden (CfA) Edo Berger ile meslektaşları, nötron yıldızlarının uzayda çarpışarak gama ışınları patlamalarına yol açtığını ve bu sırada astronomik ölçülere göre az miktarda altın ürettiğini açığa çıkardılar.

Evrendeki altının gizemli bir kökeni var. Çünkü altın, karbon ve demir gibi hafif elementlerden farklı olarak, süpernova patlamasıyla hayatına son vermek üzere olan yıldızların dengesiz çekirdeğinde üretilmiyor. Ancak altının kaynağı artık bir sır değil. Süpernova kalıntısı “süper yoğun yıldız çekirdekleri” olarak niteleyebileceğimiz nötron yıldızları birbiriyle çarpıştığında, dünya ekonomisine yön veren değerli altın metalini üretiyor.

Berger’e göre, nötron yıldızı çarpışmaları evrende yıldız ve gezegen oluşumundan çok daha nadir görülen olaylar. Altının dünyada az bulunmasının sebebi de bu: Altın bütün evrende az bulunan bir metal.

Yine de gezegenimize binlerce ışık yılı uzakta çarpışan iki nötron yıldızı, Dünya ekonomisi için akıl almaz miktarda altın üretebilir: “İki nötron yıldızının birleşmesi sırasında üretilen ve uzaya saçılan altın miktarının 10 Ay kütlesine ulaştığını tahmin ediyoruz. Bu çok lüks bir çarpışma! Carl Sagan’ın ifadesiyle ‘Hepimiz yıldız tozuyuz ve anlaşılan, değerli takılarımız da çarpışan yıldız tozu.”

Bolluk ve bereket hayalleri yalan

Ay’ın kütlesinin Dünya’nın 1/81’i kadar olduğunu düşündüğümüzde, her nötron yıldızı çarpışmasında Dünya kütlesinin yaklaşık yüzde 12’si kadar altın üretildiğini görüyoruz! Bu kadar altın Dünya’da olsa kimse zengin olamazdı, çünkü altın fiyatları bolluktan belki kâğıt kadar ucuzlardı. 🙂

Öte yandan, nötron yıldızı çarpışmaları sadece altın ürettiği için görkemli çarpışmalar değil. Nötron yıldızları çarpışarak kara deliğe dönüşürken, evrenin en enerjik olaylarından biri olan kısa süreli gama ışını patlamalarına da yol açıyor. Nitekim bir anda Samanyolu Galaksisindeki yüz milyarlarca yıldızın tamamı kadar ışık saçan süper parlak gama ışını patlamaları olmasa, uzayda bizden çok uzakta gerçekleşen nötron yıldızı çarpışmalarının farkına varamazdık.

Altın az olduğu için şükretmeliyiz

Berger ve ekibi nötron yıldızı çarpışmalarını NASA’nın Swift yörünge gözlem uydusu ile takip ediyor. Bunlardan biri de altının kaynağı araştırmalarına konu olan GRB 130603B gama ışını patlaması. Bu patlama Dünya’dan 3,9 milyar ışık yılı uzaktaki başka bir galakside meydana geldi ve sadece saniyenin onda ikisi kadar sürdü.

Ancak gama ışınlarının uzak galaksiden Dünya’ya ulaşmasının 3,9 milyar yıl sürdüğünü düşündüğümüzde, bu eski patlamanın gezegenimizin henüz büyük asteroitler tarafından bombalandığı ve Dünya atmosferinde oksijen olmadığı antik zamanlarda gerçekleştiğini anlıyoruz.

Bu detayın gama ışını araştırmaları açısından önemi var: Aradaki mesafe dolayısıyla gama ışınları Dünya’ya erişene kadar dalga boyu uzuyor ve ışınlar “kırmızıya kayıyor”. Dünya’daki teleskoplar da zamanla enerjisini kaybederek ışığı solan bu patlamaları kızılötesi radyasyon olarak algılıyor. Başka türlü olması da mümkün değil.

Gama ışını patlamaları milyarlarca atom bombası gücünde olduğu için, Dünya’ya 300 ışık yılı uzaktan bile ozon tabakasında delik açabilecek ölümcül bir tehlike oluşturuyor. Kısacası evrende altının yaygın olması demek, nötron yıldızı çarpışmalarının yol açtığı gama ışını patlamalarının da sık görülmesi anlamına gelirdi. Bu da Dünya’daki hayatın yakınlarda gerçekleşecek bir gama ışını patlamasıyla yok olması ihtimalini güçlendirirdi. Evrende altın az olduğu için şükretmeliyiz.

Hanımlar takılarınızın kıymetini bilin

Berger ve ekibi gama ışını patlamalarının bu kadar parlak olmasına “egzotik radyoaktif elementlerin” yol açtığını düşünüyor. Oda sıcaklığında saniyenin çok ufak bir kesrinde yok olan bu kısa ömürlü elementler nötron yıldızı çarpışmaları sırasında ortaya çıkıyor. Nötron yıldızları birleşerek kara deliğe dönüşürken uzaya saçılan nötron bakımından zengin gaz ve toz bulutları, aynı zamanda egzotik radyoaktif elementler içeriyor. Bu elementlerin hızla bozunarak kararlı elementlere dönüşmesi, nükleer radyasyon yoluyla gama ışını patlamasının parlaklığını da artırıyor.

Altın teorisinin makale yazarlarından biri olan CfA yüksek lisans öğrencisi Wen-fai Fong’a göre, gama radyasyonunun parıltısı bir anlamda altının pırıltısı sayılır: “Kısa gama ışını patlamalarını nötron yıldızı çarpışmalarıyla ilişkilendirebileceğimiz kesin bir delil arıyorduk. GRB 130603B’in [egzotik elementlerden kaynaklanan] radyoaktif parıltısı aradığımız kesin delil olabilir.” Nötron yıldızları gama ışını patlamalarıyla çarpışarak kara deliğe dönüşürken uzaya Güneş kütlesinin yüzde 1’i kadar madde püskürtüyor ve bunun bir kısmı altın metali.

CfA araştırmacıları evrendeki altının tek veya başlıca kaynağının nötron yıldızı çarpışmaları olduğunu düşünüyor. Bunu 17 Temmuz 2013’te Cambridge’de yapılan basın toplantısında açıkladılar: “Tek bir kısa gama ışını patlamasıyla üretilen tahmini altın miktarını evrenin yaşı boyunca gerçekleşen patlama sayısıyla birlikte değerlendirdiğimizde¹, kainattaki bütün altının gama ışını patlamalarından geldiğini söyleyebiliriz.”

Çarpışan nötron yıldızları

¹Astrophysical Journal Letters’da yayınlanan makalenin arşiv linki: Smoking Gun or Smoldering Embers? A Possible r-process Kilonova Associated with the Short-Hard GRB 130603B E. Berger, W. Fong, R. Chornock (Harvard). 17 Haziran 2013 http://arxiv.org/abs/1306.3960