Evrende Morötesi Işık Saçan İlk Yıldızlar

Bilim insanları ilk yıldızların izini buldu ve bunların morötesi ışıkta parladığını tespit etti. Güneş’ten en az 1000 kat kütleli olup siyah ışık saçan dev yıldızlar, evrendeki ağır elementleri sentezledi ve 3 milyon yıllık kısa ömürlerinin ardından süpernova halinde patlayarak uzaya saçtı. Peki siyah ışık nedir ve ilk yıldızlar neden morötesi ışık yayıyordu? Birlikte görelim.

Morötesi yıldızlar

Bebek evren gerçekten çok acayip bir yerdi. Büyük patlamadan yüz binlerce yıl sonra bile uzay boşluğu atomların oluşamayacağı kadar sıcaktı. Bu yüzden madde dediğimiz şey çalkantılı bir parçacık çorbasından ibaretti.

Zamanla uzay soğumaya başladı ve parçacıklar bir araya gelerek hidrojen, helyum ve az miktarda lityum atomu oluşturdu: Önce elektrik yüklü iyonları (çıplak atom çekirdekleri) ve ardından da nötr atomları oluşturdular (kendisini saran elektronlarla birlikte toplam yükü 0 olan atomlar).

Kısacası ortalık yatışıyor gibiydi; ama ardından evrenin ilk yıldızları ortaya çıktı ve uzayın sakinliğini bozarak her şeyi karıştırdı. Morötesi ışıkta parlayacak kadar enerjik olan bu “siyah yıldızlar” çevreye büyük miktarda enerji yaydı.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Kara güneş

Aşağıda göreceğimiz gibi siyah ışık saçan ilk yıldızlar; gelecekteki galaksiler, yıldız sistemleri ve ikinci kuşak yıldızları oluşturacak olan nötr hidrojen atomlarının elektronlarını kopardı. Böylece onları tekrar iyonlara dönüştürdü.

Aynı zamanda süper sıcak çekirdeklerinde, gezegenlerden insanlara kadar var olan her şeyin yapıtaşı olan ağır elementleri de sentezlediler (hidrojen ve helyumdan ağır olan hemen bütün elementler).

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Karanlık ışık

Peki evrenin ilk yıldızları neden morötesi ışık saçıyordu ve morötesi ışığa neden karanlık ışık diyoruz? Öncelikle morötesi (ultraviyole) ışık, insan gözünün göremeyeceği kadar yüksek frekanslı ve kısa dalga boylu ışınlardan oluşuyor (ışık tayfında mor rengin ötesinde kalan enerjik ışınlar).

Nitekim Dünyamıza hayat veren Güneş de morötesi ışınlar (UV) üretiyor. Ancak, Dünya’yı saran ozon tabakası bizi bu zararlı ışınlardan koruyor.

Tabii Güneşimizin saçtığı toplam ışığın sadece küçük bir kısmı morötesi dalga boyunda yayılıyor; çünkü bugün evrende var olan hiçbir yıldız büyük ölçüde ultraviyole ışıkta parlayacak kadar sıcak değil. İyi ki de değil; yoksa Güneş’in morötesi ışınları gezegenimizdeki yaşamı yok ederdi.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Morötesi felaket

Karanlık ışık da morötesi ışınlardan kaynaklanan bir algı oyunu: İnsan gözünün elektromanyetik spektrumun tamamını göremeyeceğini söyledik. Örneğin, radyo dalgalarını göremiyoruz; ama akıllı telefonlarımız radyo dalgalarını kullanarak baz istasyonlarıyla bağlantı kuruyor.

Siyah lamba gibi morötesi ışık kaynaklarına baktığımız zaman da bunların saçtığı UV ışınlarını göremiyoruz. Bunun yerine, UV ışınlarıyla birlikte yaydıkları mor ışığı algılıyoruz.

Mor ışık bu lambaların yaydığı toplam ışığın sadece küçük bir parçası olduğu için ultraviyole lambalar gözümüze karanlık geliyor ve morötesi dalga boyuna yakın olan siyah ışık terimi de buradan geliyor. Peki morötesi ışık saçan ilk yıldızlar nasıl oluştu?

İlgili yazı: Beyin Formülü: İnsan Beynini Çalıştıran Yazılım Bulundu

 

Şimdi ışık olsun!

Evrenin ilk yıldızları 13 milyar 750 milyon yıl önce ortaya çıktı (yani evrenin oluşumundan sadece 30 milyon yıl sonra). Bunların yaydığı ışığın büyük kısmını da ultraviyole ışık oluşturuyordu; ama bir miktar enerjik mor ışık da saçıyorlardı. Eğer ilk yıldızlara bakabilseydik onları koyu mor renkte parladığını görecektik (hem de süper sıcak olmalarına rağmen).

Neden süper sıcak?

Bunu anlamak için ilk yıldızların kısa tarihi ve kimyasal bileşimine bakalım. Kimyasal bileşim derken, evrenin ilk yıllarında ağır elementlerin olmadığını hatırlamalıyız.

İlk yıldızlar hafif elementlerden oluştuğundan, bunların yanması için bugünkü yıldızlardan çok daha fazla helyum ve hidrojen gazının kendi üzerine çökerek sıkışması gerekiyordu. Günümüzde bu olsa yıldız yerine direkt kara delik oluşurdu.

Evrenin bebekliğinde ise hafif elementler kara deliğe dönüşmeden toplanıp süper büyük, süper ağır ve dolayısıyla süper sıcak yıldızlar meydana getirdiler.

Neden derseniz: Bütün yıldızlar yüksek basınç altındaki çekirdeklerinde hafif atomları sıkıştırıp birleştirerek (kaynaştırarak) daha büyük atomlar üretiyor. Yıldızlar nükleer füzyon denilen bu süreçte enerji, ısı ve ışık üretiyor.

İlgili yazı: Evren Bir Simülasyon mu?

 

Neden kara delik olmuyor?

Aslında evrenin ilk yıldızlarının neden dev gibi olduğunu anlamak için bu açıklama yeterli değil. Bir de yazının başında değindiğimiz nötr hidrojen atomu meselesine el atmamız lazım.

İlk yıldızlar yanmadan önce soğuk olan evrendeki gazlar, hemen tümüyle nötr hidrojen ve helyum atomlarından oluşuyordu. İlk yıldızların dev gibi olmasında nötr gazların da önemli rolü var; ama önce şunu sormalıyız: Bu yıldızlar nasıl oluştu?

Sonuçta bugün yeni yıldızların oluşmasının iki yolu var: Ya kara delik jetleri ve süpernova patlamaları gibi olaylar sırasında uzaya saçılan gaz bulutları başka bulutlarla çarpışıp sıkışarak yeni yıldızlar doğuruyor ya da nötr olmayan gaz bulutları kendi içinde su damlacıkları gibi yoğuşup çökerek yıldız oluşturuyor (bu mekanizmayı ayrı bir yazıda anlatacağım).

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Karanlık başlangıç

Oysa ilk yıldızlardan önce evrende yıldız yoktu ve dolayısıyla nötr hidrojen gazını sıkıştırıp bir araya toplayacak bir etken de görünüşte yoktu. Ancak gerçekte böyle bir etken vardı: Karanlık madde.

Işıkla etkileşime girmediği için göremediğimiz ve aslında ne olduğunu bilmediğimiz karanlık madde galaksilerle yıldızların oluşumunda kritik rol oynuyor (hatta karanlık madde galaksilerin ölümüne yol açıyor).

Karanlık madde evrendeki maddenin yüzde 80’inden fazlasını oluşturuyor ve bu yüzden de toplam kütlesi çok büyük. Evren oluştuğu zaman, uzay boşluğu bugün en az 1 milyar ışık yılı uzunluğunda olan dev karanlık madde ağı iplikçikleriyle kaplandı. Karanlık maddenin güçlü yerçekimi, nötr hidrojen gazını bir noktaya toplayarak ilk yıldızları oluşturdu.

İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi

 

İlk yıldızlar ve zamane yıldızları

Evrendeki ilk yıldızlar günümüzdeki üçüncü kuşak yıldızlardan çok farklıydı ve hemen tümüyle hidrojen ve helyumdan oluşuyordu. Güneşimiz gibi genç yıldızlar ise karbon gibi ağır elementler içeriyor.

Bunlar patlayarak yok olan önceki kuşak yıldızların çekirdeğinde sentezlendi ve uzaya saçılarak zamane yıldızları oluşturan bulutların kimyasal bileşimine eklendi. Sonuçta ağır elementler, çok daha hafif bir gaz bulutunun bile yeterince sıkışınca alev alarak yıldıza dönüşmesini sağlıyor.

Yanan yıldızlar sıcaktan genleştiği için bulutun çökmesi duruyor ve yıldızın radyasyon basıncı geri kalan gaz bulutunu uzaya üflüyor.

Özetle zamane yıldızlarının ilk yıldızlardan daha küçük ve soğuk olduğunu söyleyebiliriz. Bunlar küçük gaz bulutlarında, sadece hafif elementler içeren ilk yıldızlara göre çok daha hızlı oluşuyor.

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

 

İlk yıldızlar ne kadar büyüktü?

İlk yıldızlar Güneş’ten 30 ila 1000 kat ağırdı ve bilinen en ağır yıldızdan 3 kat cüsseliydi. Bunların ne kadar büyük olduğunu anlamak için bugünün en büyük kütleli yıldızlarına bakabiliriz. Günümüz devlerinin Güneş’ten 300 kat ağır olduğunu biliyoruz; ama bu bile yeni bir buluş:

Eskiden en ağır yıldızların Güneş’ten en fazla 200 kat ağır olabileceğini sanıyorduk; fakat Güneş’ten 1000 ila 1200 kat ağır olan ilk yıldızlar yepyeni bir barem oluşturuyor. Her durumda ilk yıldızlar Güneş yüzeyinden 15 kat sıcaktı ki bu da bildiğimiz en sıcak yıldızdan 2 kat sıcak oldukları anlamına geliyor (tam 90 bin 770 derece!).

İlgili yazı: Uzaydan İnternet Motoru Elektrosprey

 

Morötesi ışığın sebebi

Bu yıldızlar o kadar sıcaktaki insan gözünün görebileceği dalga boylarında pek ışık saçmıyor, daha çok morötesi tayfta parlıyordu. İşte ilk yıldızların morötesi ışık saçmasının sebebi bu; ancak morötesi yıldızların bizim için bir önemi daha var:

Morötesi ışınlar evrendeki nötr gaz ve toz bulutlarını tekrar iyonize etti (hidrojen ve kısmen de helyum atomları). Böylece ilk yıldızların çevresinde iyonize olmuş bulut köpükleri oluşmaya başladı. Bilim insanları atomların elektronlarından tekrar koparıldığı bu çağa yeniden iyonlaşma çağı diyor.

Bizim için çok önemli bir gelişme; çünkü iyonize gazın ağır elementlerle kimyasal tepkimeye girmesi ve karmaşık moleküller oluşturması çok daha kolay.

İyonize atomlar gezegen oluşumundan asteroitlere ve yaşamın yapıtaşı olan aminoasitlerin temel bileşenlerine kadar birçok alanda etkili oluyor. Aynı zamanda komşu yıldızların güneş rüzgarıyla birlikte kolay akan iyonize gazlar, yakındaki bulutları sıkıştırarak yerel yıldız oluşumunu hızlandırıyor. İyonize gazın yıldız oluşumunu kolaylaştırması, her yıl daha az yıldız doğan evrenimizin hayata elverişli olma süresini uzatıyor!

İlgili yazı: 5 Soruda Paralel Evrenler

 

İlk yıldızların mirasına bakalım

Bugün çekirdeğinde ürettiği ağır elementleri patlayarak uzaya saçan ve dünya benzeri yaşama elverişli kayalık gezegenlerin oluşmasına yardımcı olan süpernovaların sandığımızdan sık gerçekleştiğini biliyoruz.

Bununla birlikte, bizler evrende yeni yıldız oluşumunun yüzde 95 oranında azaldığı geç bir dönemde yaşıyoruz. Üstelik ilk güneşlerden daha küçük yıldızların patlamasıyla oluşan geç dönem süpernovaların, uzaya sandığımız kadar çok ağır element saçmadığını da biliyoruz.

Oysa ilk yıldızlar dev gibi oldukları için patlamadan önce çekirdeklerinde bol miktarda ağır element ürettiler (Bunlar karbon ve oksijendi: Biri etimiz kemiğimiz, diğeri de havamız).

Aslında nükleer yakıtı bitince sönen ilk yıldızların büyük kısmı, süpernova halinde patlamak yerine doğrudan kendi üzerine çökerek kara deliğe dönüştü. Ancak, bu dev yıldızların ömrü sadece 3 milyon yıldı; yani bunlardan çok sayıda oluştu.

İlgili yazı: Sürpriz! Evrende yeni kara delik türü bulundu

 

Nihayet ilk yıldızların izi bulundu

Amerikalı bilim insanları ilk yıldızların izini buldular: MIT Haystack Gözlemevi’nden Alan Rogers, Arizona Eyalet Üniversitesi’ndeki arkadaşlarıyla birlikte yeniden iyonlaşma çağından kalma en eski hidrojen gazı sinyallerini tespit etti. Bunun için de Batı Avustralya kırsalındaki EDGES gözlem aygıtını kullandılar.

Küresel Yeniden İyonlaşma Çağı Sinyalini Saptama Deney Aygıtı EDGES, evren 30 milyon yaşında iken doğan ilk yıldızların izini bulamasa da evren sadece 180 milyon yaşındayken iyonize olan hidrojen gazı sinyallerini tespit etti. Rogers konuyu şöyle açıklıyor:

“Bu dönemde ilk yıldızların ürettiği radyasyon, hidrojen gazının gözle görülür şekilde parlamasını sağladı. Hidrojen gazı artalan ışımasını emmeye başladı ve böylece evren aydınladı. Günümüzde bunu radyo dalgaları olarak algılıyoruz.”

İlgili yazı: Evrenin En Bol 3. Elementi Lityum Değil

 

Ancak bir sorun vardı

Bilim insanları önce bu sinyali bulamadılar; çünkü teorik modeller, ilk yıldızların morötesi ışığını emen hidrojen gazının 100-200 megahertz bandında radyo sinyalleri yayacağını öngörüyordu; ama EDGES gözlem aygıtı bunu göremedi.

Bunun üzerine astrofizikçiler ilk yıldızların zamanında hidrojenin gazının daha soğuk olduğunu varsaydılar ve gazın uzaydaki dağılımını değiştirmeden tekrar bilgisayar simülasyonu yaptılar. Böylece ilk tahminden daha düşük bir frekansta, yani 78 megahertzde iyonize hidrojen sinyallerini aldılar.

Sonunda anlaşıldı ki hidrojen gazının olduğundan soğuk gözükmesinin nedeni ışığının kırmızıya kaymasıydı. Bunun nedeniyse evrenin genişlemesi:

Evren oluştuğu günden beri genişliyor ve ışığın yol aldığı uzayın genişlemesi, aynı zamanda dalga boyunu uzatarak ışığın kırmızıya kaymasına yol açıyor. Bu da Dünya’dan alınan radyo sinyallerinin frekansının azalmasına neden oluyor.

İlgili yazı: Beşinci Element ve Karanlık Foton

 

Yine de hidrojen gazı soğuk çıktı

Her şeye rağmen, bilim insanları EDGES antenine gelen radyo dalgalarının düşük frekanslı olmasını sadece kırmızıya kayma ile açıklamayacaklarını gördüler. Böylece ilk yıldızların zamanında iyonize olan hidrojenin sanılandan iki kat soğuk olduğunu kabul etmek zorunda kaldılar:

-270,15 derece ile hidrojen gazı, -270 derecelik kozmik mikrodalga artalan ışımasından sadece 0,15 daha sıcaktı. Bu keşif, evrenin oluşumunu açıklayan kozmoloji modellerimizi kökten değiştirmemizi gerektirmedi; ama teorilerin detaylarını düzeltmemiz gerektiğini ortaya koydu.

İlgili yazı: Çıplak Tekillik: Kara Deliklerin İçini Neden Göremiyoruz?

 

Evrenin yaratıcıları

Kısacası morötesi ışık saçan ilk yıldızlar, 13,75 milyar yıl önce evreni aydınlatarak yeniden iyonlaşma çağını başlattı ve bu süreçte ağır elementler üreterek Dünya’da hayatın ortaya çıkması gereken temel şartları sağladı.

Oysa ilk yıldız ve süpernovalar bugün Dünya’yı oluşturan bütün ağır elementleri üremeye yeterli sayıda değildi. Evrenimiz yeterli sayıda ağır element üretmek amacıyla içinde kara delik olan yarım yıldızlar ve çarpışan nötron yıldızlarından yardım aldı. Siz de artık evrenin oluşumuyla ilgili en güncel bilgilerden birine sahipsiniz. Günlerin uzadığı bahar aylarında bol kitap okumanız için bilim merakınız daim olsun.

İlk yıldızlar ve karanlık madde

¹An absorption profile centred at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum
²Possible interaction between baryons and dark-matter particles revealed by the first stars