Evreni Aydınlatan En Garip Ölümsüz Yıldızlar
Evrendeki en acayip yıldız kalıntılarının kara delikler ve nötron yıldızları olduğunu sanıyorsanız yanılıyorsunuz. Onlardan da garibi var: Garip yıldızlar. Aslında kuark yıldızı sınıfına giren garip yıldızlar, adından anlaşılabileceği gibi bütünüyle garip kuarklardan oluşuyor. Evrenin en sıra dışı parçacıklarından oluşan ve bu yüzden ölümsüz olan garip yıldızlarla tanışmaya hazır mısınız?
Ölümsüz yıldızlar
20. yüzyılın başında geliştirilen kuantum fiziği ve görelilik teorisi evren hakkında bilmediğimiz birçok soruyu aydınlattı, ama aynı zamanda yepyeni cevapsız sorular yarattı. Aşağıdaki denklemde gördüğünüz üzere, görelilik ve kuantum fiziğindeki formüller güneşimizin yanı sıra nötron yıldızları ve kara delikleri de öngörüyor ki bu yıldız kalıntılarının içinde tam olarak neler olduğunu bilmiyoruz.
Güneş’ten ez 20 kat kütleli dev yıldızların süpernova halinde patlayarak yok olmasından sonra geriye kalan ölü yıldız çekirdeklerinin kara delik ve nötron yıldızlarına nasıl dönüştüğünü, Nötron Yıldızları Hakkında 5 Şaşırtıcı Gerçek yazısında anlattım.
Dolayısıyla elinizdeki yazıda, direkt nötron yıldızlarının bir alt türü olan kuark yıldızlarına ve özellik de içlerinde en acayibi olan Garip Yıldızlara odaklanacağız.
İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt
Neden ölümsüzler?
Evrenin en acayip parçacıkları olan garip kuarklardan oluşan Garip Yıldızlar o kadar kararlı bir yapıya sahip ki bunlar muhtemelen kara deliklerden bile uzun yaşayacaklar. Evrendeki son kara delik 100 trilyon yıl sonra buharlaşacak, ama en garip yıldızlar yaşamaya devam edecekler. Aslında kendileri de ölü yıldız kalıntıları oldukları için evreni ölümsüz zombiler gibi kaplayacaklar. Ancak bir sorun var:
Garip yıldızlar ve kuark yıldızları gerçekten var mı? Yoksa evrendeki ölü yıldızlar sadece daha sıradan kara delikler ve nötron yıldızlarından mı oluşuyor? Bilim insanları bu konuda henüz anlaşamıyorlar. Biz de nötron yıldızlarını inceleyerek bu sorunun cevabını bulmaya çalışalım.
İlgili yazı: Gerçek Adem: İlk insan ne zaman yaşadı?
Çöken yıldızlar
Süpernova halinde patlayan bir yıldızın çekirdeği kendi üstüne çökerek ya nötron yıldızı ya da kara delik oluşturuyor (patlamadan direkt çöküp kara delik olanlar da var). Kara deliklerden ışık bile kaçamadığı için bunların içinde ne olduğunu bilmiyoruz. Nötron yıldızları ise ışık saçtığı için çekirdeklerini ezen muazzam basınçta maddeye ne olacağına dair tahminler yürütebiliyoruz. Hatta bu teorileri nötron yıldızlarını gözlemleyerek test ediyoruz.
Yine de yıldızların çökmesine sebep olan yerçekimini tanımlayan görelilik teorisiyle nötron yıldızlarının çekirdeğinde ezilen atomaltı parçacıkları tanımlayan kuantum fiziğini birleştirmeyi başaramadık. Bu yüzden nötron yıldızlarının çekirdeğinde ne tür bir madde olduğunu bilmiyoruz.
Fizikçiler arasında yaygın kabul gören en basit teoriye göre, proton ve nötronlardan oluşan atom çekirdekleri muazzam basınç altında eziliyor. Atomların yörüngesinde dönen elektronlar bile ezilip çekirdekteki protonlarla kaynaşıyor. Pozitif elektrik yüküne sahip protonların negatif elektronlarla birleşmesi sonucunda, bütün protonlar yüksüz atomaltı parçacık nötrona dönüşüyor.
İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem
Bu yüzden nötron yıldızı diyoruz
Sadece 20 km çapındaki süper yoğun nötron yıldızlarının yalnızca çekirdek kısmı tümüyle nötrondan oluşuyor olmalı. Yoksa bu yıldızların süper yoğun ve ağır kabukları bile protonları nötronlara dönüştürecek kadar yüksek basınç uygulayamıyor.
Ancak bazı fizikçilere göre aslında nötron yıldızı diye bir şey yok. Bütün nötron yıldızları kuark yıldızları; çünkü çekirdeklerindeki basınç teoride öngörülen değerden daha yüksek. Bu nedenle nötronlar bile ezilip parçalanarak kendilerini oluşturan kuarklara ayrılıyor.
Kuarklar nötronlardan küçük ve kütleli parçacıklar. Bununla birlikte, çok küçük oldukları için nötron yıldızı çekirdeğinde bile fazla sıkışmadan gluonlarla birlikte yüzüyorlar. Bir tür kuark-gluon plazması oluşturuyorlar.
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Gluon nedir?
Gluon Grekçe tutkal demek; çünkü gluonlar evrendeki 6 kuark türünü farklı gruplar halinde birbirine bağlayarak protonlarla nötronları oluşturuyor. Nitekim nötronlar bir adet yukarı kuark ve iki adet aşağı kuarktan oluşuyor.
Gluonlar aslında kütlesizler ve nötronları oluşturan kuarklar arasında ışık hızında gidip geliyorlar. Ancak, kütleli olan kuarklarla etkileşime girerek bunların oluşturduğu proton ve nötronlara da büyük kütle kazanıyorlar. Yoksa kuarkların, gluon etkileşimleri olmadan, atomaltı parçacıklara tek başına büyük kütle kazandırması mümkün değil.
İlgili yazı: Gezegen Avcısı TESS Uzayda Hayat Arıyor
Kuark-gluon plazması nedir?
Nötron yıldızlarının çekirdeğinde kuark-gluon plazması olduğunu söylemiştik. Buna birbirine bağlı olmayan serbest kuarklar ve gluonlardan oluşan süper sıcak bir gaz da diyebiliriz.
Sonuçta nötronlar, nötron yıldızının çekirdeğinde ezilip parçalandıkları zaman, onları oluşturan kuarklar birbirinden kopuyor ve gluonlar da serbest kalarak mermi gibi etrafa saçılıyor. Böylece kurak-gluon plazması ortaya çıkıyor.
Fizikçiler henüz kuantum kütleçekim kuramı geliştiremedikleri için nötron yıldızlarının çekirdeğindeki basıncı tam olarak hesaplayamıyorlar.
Bu yüzden de çekirdekte nötronlar mı var, yoksa serbest kuarklar mı, bilemiyorlar. O zaman da nötron yıldızları gerçekten nötron yıldızı mı, yoksa kuark yıldızı mı, bir türlü karar veremiyorlar. Evrenin en acayip yıldızları olan Garip Yıldızlar işte bu süreçte ortaya çıkıyor:
İlgili yazı: Biyonik Böbrek ile Diyaliz Derdine Son
Plazma mı, süper sıvı mı?
Garip Yıldızlara geçmeden önce konuyu daha iyi anlamak için önce bu soruyu yanıtlayalım: Dünyanın en güçlü parçacık hızlandırıcısı CERN’deki Büyük Hadron Çarpıştırıcısı protonları ışık hızının yüzde 99’undan daha hızlı bir şekilde kafa kafaya çarpıştırıyor. Bu çarpışmalarda muazzam bir enerji beliriyor ve kuark-gluon plazması ortaya çıkıyor.
Biz de aşırı sıcak gazlara plazma diyoruz; çünkü normal gazlar 10 bin derece sıcaklığa eriştiğinde atomların çevresinde dönen elektronlar atom çekirdeklerinden kopuyor. Böylece süper sıcak gaz serbest atom çekirdekleri ve elektronlardan oluşuyor. Normalde atomların elektrik yükü sıfırdır; çünkü pozitif protonlarla negatif elektronların yükü birbirini sıfırlıyor.
Plazma ise artı yüklü atom çekirdekleri ve eksik yüklü elektronlardan oluşuyor. Bu sebeple plazmaya süper sıcak iyonize gaz da diyebiliriz. Oysa macera daha yeni başlıyor. Ne de olsa CERN bile nötron yıldızlarının çekirdeğindeki olağanüstü yüksek basıncı üretemiyor.
İlgili yazı: İnternette teknik takip ve gözetimi önleme rehberi
Geldik mi süper sıvıya?
Kuark-gluon plazması tabii ki atom çekirdekleri ve elektronlardan meydana gelen bir gaz değil; ama iyonize olduğu için bu süper enerjik gaza da plazma diyoruz. Ancak, nötron yıldızları açısından bir sorun var:
Kuarklar ve gluonlar hem çok küçük hem de son derece enerjik oldukları için, en yüksek basınç altında bile asla sıkışıp buz gibi katılaşmıyorlar. Bu açıdan kuark-gluon plazması su gibi: Su moleküllerini de sıkıştıramazsınız.
Nitekim buza basınca kayıp düşebilirsiniz. Buz ayağınızın basıncı altında ısınıp ince bir tabaka halinde eriyor ve su molekülleri de sıkışamadıkları için ayak tabanınızın altından kayıyor. Siz de ayağınızın altından halıyı çekmişler gibi kayıp düşüyorsunuz.
Nötron yıldızı için de aynı şey geçerli
Nötron yıldızının çekirdeği kuark-gluon plazmasını sıkıştırmaya kalktığında bu plazma yüzde yüz kaygan olan, yani bal gibi akmaya asla direnç göstermeyen bir süper sıvıya dönüşüyor (tıpkı elektriğe hiç direnç göstermeyen süperiletkenler gibi).
İlgili yazı: Kontrollü Güç >> Telefon pil ömrünü uzatmak için en pratik 5 yöntem
Kuarklar daha fazla sıkışabilir mi?
Kuantum fiziğiyle ancak bu kadar bilebiliyoruz. Nötron yıldızı çekirdeğinin içinde olup bitenleri ancak bu noktaya kadar hesaplayıp anlayabiliyoruz ki mevcut fizikle sınırlı kalsaydık hikayemiz de burada biter ve asla garip yıldızlara ulaşamazdık.
Ancak, elimizdeki bazı kanıtlanmamış modellere göre kuarklar yüksek basınç altında daha da sıkışabiliyor. Nitekim normal nötron yıldızlarının yüksek basınç sebebiyle süper ince ve süper düz bir demir kabuğu bulunuyor (bunlar aslında çöküp nötrona dönüşen demir yıldızlar, çünkü patlayan orijinal yıldızın demire dönüşen çekirdeğinden oluşuyorlar).
Demir kabuğun altında neredeyse saf nötrondan oluşan bir sıvı bulunuyor (nötronyum). Nötronyum evrende bilinen en yoğun madde. Öyle ki bir çay kaşığı nötronyum 1 milyar ton ağırlığında.
İlgili yazı: Konutlar İçin Ucuz Güneş Enerjisi Rehberi
Dejenere madde
Nötronyum aynı zamanda dejenere madde olarak adlandırılıyor (ama anne babanızın dejenere zamane gençliği dediği anlamda değil 🙂 ). Dejenere madde, maddenin en yoğun hali olup parçacıkların artık sıkışacak daha fazla yeri kalmaması anlamına geliyor.
Nitekim nötron yıldızının çekirdeğinde (artık hangi modeli baz alıyorsanız) ya nötronyum bulunuyor ya da daha yüksek basınç altında parçalanan nötronlardan oluşan kuark-gluon plazması. Daha doğrusu bu plazmanın sıkışmış hali olan kuark-gluon süper sıvısı (ki süper enerjik bu sıvı aslında nötronyumdan daha yoğun oluyor).
İlgili yazı: CERN Evren Yok Olmalı Demedi
Peki neden daha fazla sıkıştıramıyoruz?
Nötronyumu ve kuark-gluon plazmasını daha fazla sıkıştıramıyoruz; çünkü burada kuantum fiziğindeki Pauli Dışarlama İlkesi devreye giriyor. Buna göre iki parçacık aynı anda aynı kuantum durumunda bulunamaz (aynı yere iki kişi oturamaz diyelim). Bu yüzden nötronyumu sıkıştırırsak ancak parçalarız ve kuark-gluon plazması oluştururuz. O da sadece süper kaygan süper sıvı halinde sıkışabilir.
Oysa evreni oluşturan büyük patlamadan hemen sonra, yani saniyenin milyonda birinde, evren o kadar küçük ve basınçla sıcaklık da o kadar yüksekti ki bütün uzay kuark-gluon plazmasından oluşuyordu. 1 trilyon Kelvin derecelik o müthiş sıcaklıkta henüz proton ve nötronlar oluşmamıştı. Buna evrenin Kuark Çağı diyoruz.
İlgili yazı: Fizikte Kriz: Süpersimetri CERN Testini Geçemedi
Nötronyum bulabilir miyiz?
Bu açıdan nötron yıldızlarının süper yoğun çekirdeklerinde evrenin başlangıç koşullarını oluşturduğunu söyleyebiliriz. Gerçi ne uzayda binlerce ışık yılı gidip nötron yıldızlarına ulaşabilir, ne süper enerjik bir nötron yıldızının yakınında parçalanmadan durabilir, ne de süper sert kabuğunu delip içindeki süper yoğun çekirdeğe ulaşarak numune alabiliriz.
Zaten numune alsak bile dışarı çıkınca basınç yokluğunda, yani vakumda aniden genişleyen plazma atom bombası gibi patlar ve biz yine nötron yıldızlarının çekirdeğini birebir inceleyememiş oluruz. Buna karşın çekirdeği fizik teorileriyle delip düşünce deneyleriyle test etmenin sakıncası yok.
İlgili yazı: Sicim Teorisi Evreni Tek Denklemle Açıklayabilir mi?
Öyleyse kuark yıldızı nedir?
Eğer nötron yıldızlarının çekirdeği büyük ölçüde nötronyumdan oluşuyorsa bunlar bildiğimiz nötron yıldızları oluyor. Öte yandan, nötron yıldızlarının çekirdeği büyük ölçüde kuark-gluon süper sıvısından oluşuyorsa bütün nötron yıldızları aslında kuark yıldızlarıdır.
Tabii sadece yıldızın çekirdeği kuarklardan oluşuyor. Yıldız kabuğu demir ve yıldızın manto tabakası da nötronyumdan oluşuyor; çünkü bu katmanlarda basınç kuark-gluon plazması oluşturacak kadar yüksek değerlere ulaşmıyor.
İlgili yazı: Hubble’ın Sürgün Yıldızları Galaksiler Arasında Yalnız Geziyor
Peki ya kuarklar Garip Kuarklarsa?
Bu noktada nötronların bir adet yukarı ve iki adet aşağı kuarktan oluştuğunu unutmayalım. Demek ki kuark-gluon plazması da aşağı ve yukarı kuarklardan oluşuyor.
Evrende altı adet kuark olduğu için protonların farklı kuarklardan oluştuğunu hatırlatabilirsiniz; ama nötron yıldızının çekirdeğindeki bütün protonların nötrona dönüşmüş ve muhtemelen kuarklar halinde parçalanmış olduğunu unutmayın.
Ancak, kuark-gluon plazması aşağı ve yukarı kuarklar yerine tümüyle Garip Kuarklardan oluşuyor da olabilir! Neden derseniz: Sonuçta yüksek basınç altında aşağı kuarklardan yarısı başkalaşım geçirerek garip kuarklara dönüşebilirler.
İlgili yazı: Evrendeki İlk Yıldızlar Morötesi Işık Saçıyordu
Neden dönüşüyorlar?
Bu durumda kuark-gluon plazması sadece iki kuark türünden oluşuyor: Garip kuark ve yukarı kuark. İşte buna garip madde diyoruz ve Garip Yıldızlar tümüyle garip maddeden oluşuyor.
Şimdi diyeceksiniz ki “Ama hocam, hani nötron yıldızı kabuğunda basınç düşüktü ve kabukta kuark yoktu, bunun yerine demir vardı? Öyleyse bir yıldız nasıl olur da tümüyle garip kuarklardan oluşabilir?”
İlgili yazı: NASA nötron yıldızlı navigasyon sistemi geliştirdi: NICER
Zurnanın zırt dediği yer
Şimdi teorik parçacık fiziğinin en ilginç yerine geldik: Aşağı kuarkların yüksek basınçta garip kuarklara dönüşmesinin sebebi, garip kuarkların daha fazla kuark parçacığının en düşük kuantum durumunu geçmesine izin vermesidir. Kısacası garip kuarklardan oluşan bir kuark-gluon plazmasını, normal bir kuark-gluon plazmasından daha fazla sıkıştırabilirsiniz!
Evrenimiz termodinamik yasaları gereği en az eneriyle en çok işi yapmak üzere programlanmış olduğu için kuarklar da Pauli Dışarlama İlkesini baypas edip daha fazla sıkışmak üzere garip kuarklara dönüşüyorlar. Oysa macera asıl şimdi başlıyor:
İlgili yazı: Evren’de Gezilecek En Acayip 5 Yer
Zincirleme tepki
Her şeyden önce garip madde evrenin en kararlı maddesi ve demirden bile daha kararlı. Bu yüzden de evrendeki en uzun ömürlü madde. Öyle ki kara deliklerden bile daha uzun yaşayacak. Dolayısıyla tümüyle garip maddeden oluşan Garip Yıldızlar da çok istikrarlı olacak (garip yıldızların ömrü atomların, hatta protonların ömründen bile uzun olabilir. Belki katrilyon yıl).
Dahası garip kuarklar daha düşük enerjili ve kararlı oldukları için geri kalan kuarkları da garip kuarklara dönüşmeye teşvik edecekler. Tıpkı zombilerin ısırdığı insanların da zombi olması gibi. Hatta Dünya’ya bir kaşık garip madde bıraksak bütün gezegen zamanla ölü bir Garip Gezegene dönüşebilir (aslında bu Dünya’yı yok etmenin en ilginç ve etkili yollarından biri).
İlgili yazı: Nötron Yıldızları Hakkında 5 Şaşırtıcı Gerçek
Beterin beteri var
Kuark yıldızının çekirdeğindeki basınç daha yüksekse ortam koşulları Kuark Çağı’ndan bile daha enerjik olabilir. Kurak yıldızları büyük patlamadan sonraki ilk milyarda bir saniye kadar sıcak olabilir. O kadar yüksek sıcaklıkta (142 nonilyon Kelvinden daha sıcak: 142’nin arkasından 30 sıfır) bildiğimiz fizik yasaları artı işlemiyor. O yüzden büyük patlama anında ne olduğunu bilmiyoruz.
Ancak, bu sıcaklığa yaklaşan derecelerde elektromanyetik kuvvetle zayıf çekirdek kuvvetinin birleşerek elektrozayıf kuvveti oluşturacağını ve kuarkların bile nükleer ateşlerle kömür gibi yanacağını biliyoruz! Öyle ki bu tür kuark yıldızlarının elektrozayıf enerjiyle yanan ve kuark yakan çekirdekleri olabilir.
Burada yeşil elma büyüklüğünde ve 2 Dünya ağırlığında olan bir küreden söz ediyoruz. Kuark yakan bu çekirdek neredeyse tümüyle nötrino parçacıklarıyla enerji yayacaktır. Belki de bazı süper ağır yıldızların süper sıcak çekirdekleri kuark yakıyor ve yıldızın ömrünü uzatıyor. Yıldız patlayıp çökerek kara deliğe dönüşmeden önce, elektrozayıf çekirdeği sayesinde 1 milyon yıl daha yaşıyor.
Peki bazı zombi yıldızların çekirdeğinin nötron yıldızlarından oluştuğunu, hatta bazı yıldızların içinde kara delik olduğunu biliyor musunuz? Onu da içinde kara delik olan yarım yıldızlar yazısında okuyabilir, hatta evrende gezilecek en acayip 5 yere göz atabilirsiniz. Keyifli bir akşam dilerim.
