Güneş Nasıl Sönecek ve Beyaz Cüce Olacak?

Dünya’ya hayat veren Güneş 5 milyar yıl sonra sönerek beyaz cüceye dönüşecek. Oysa galaksideki bütün beyaz cüceler sönen güneşlerden oluşmuyor. Nitekim Türk bilim insanı Mükremin Kılıç ve ekibi bazı beyaz cücelerin çarpışan yıldızlardan oluştuğunu buldu. Peki Güneş nasıl sönecek? Güneş’in son günlerini ve hayatı oluşturan elementleri uzaya saçan beyaz cüce çarpışmalarını birlikte görelim.

Bir yıldızın ölümü

Yıldızlar insan gibi değil. Ölünce çürümüyorlar, daha doğrusu çürüyüp yok olmaları için 100 trilyon yıl geçmesi gerekiyor. Bununla birlikte, en uzun ömürlü yıldızlar bile 1 trilyon içinde çoktan sönmüş ve kara delik, nötron yıldızı ile beyaz cüce gibi kozmik kalıntılara dönüşmüş olacaklar.

Peki güneşimiz neden sönecek ve nasıl olup da beyaz cüceye dönüşecek? Bilim insanları Güneş’in son günlerinin haritasını çıkardılar ve Güneş’ten geriye kalacak olan gezegenimsi bulutsunun fiziksel özelliklerini tespit ettiler.

Hatta bazı beyaz cücelerin ölü yıldızların birbiriyle çarpışmasıyla oluştuğunu buldular ki bu şaşırtıcı keşfi yapan ekipte Türk bilim insanı Mükremin Kılıç da bulunuyor.

İlgili yazı: Yakıtsız Çalışan Devridaim Roketi EmDrive Test Edildi

 

Öyleyse beyaz cüce nedir?

Güneşimiz iki büyük fizik kuvvetinin birbiriyle savaşması, ama bir türlü birbirini yenememesi sayesinde var oluyor: Bir yandan kendi ağırlığı altında büzülüp küçülmek istiyor, diğer yandan da çok sıcak olduğu için genleşip uzaya dağılmak istiyor.

Gazları merkeze çeken yerçekimi ile gazları uzaya saçmak isteyen yüksek sıcaklık birbirini dengelediği için yaklaşık 1 milyon 400 bin km çapında olan Güneş de sabit boy ve dengede duruyor. Ancak bu sonsuza kadar sürmeyecek. Nedeni ise Güneş’e hayat veren nükleer füzyonun bir gün sona erecek olması:

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

 

Bir yıldız nasıl tutuşuyor?

Güneş’i oluşturan gaz ve toz bulutu yerçekimiyle kendi üzerine çökerken, merkezindeki gazlar sıkışarak ısındı ve yüksek basınç altında nükleer füzyon başlattı; yani Güneş’in çekirdeğindeki hidrojen atomları birleşip kaynaşarak helyuma dönüşmeye başladı.

Küçük atomlardan büyük atomların sentezlendiği bu nükleer tepkime büyük miktarda enerji açığa çıkardı. Güneşimiz işte bu yüzden yaklaşık 4,55 milyar yıldır uzaya ısı ve ışık saçarak Dünyamıza hayat veriyor.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Oysa hidrojen darboğazı var

Güneş yüzde 75 oranında hidrojen, yüzde 25 oranında helyum ve yüzde 0,01 oranında diğer elementlerden oluşuyor. Başlangıçta helyum miktarı çok daha azdı, ama 4,5 milyar yılda Güneş büyük miktarda helyum sentezledi.

Oysa Güneş’in yüzde 75 oranında hidrojen içermesine bakarak “Ama hocam, Güneş 100 milyar yıl yanacak kadar hidrojen içermiyor mu?” diye sorabilirsiniz. Sorun şu: Nükleer füzyon ancak çok yüksek ısı ve basınçta gerçekleşebilir (nitekim Güneş’in çekirdek sıcaklığı 15 milyon dereceye ulaşıyor).

Öte yandan Güneş’in içyapısı gereği, çekirdeği saran radyasyon katmanı, daha üstteki gaz katmanlarını ısıtarak sürekli genleştiriyor. Bu sebeple üstteki hidrojen Güneş’in çekirdeğine ulaşamıyor ve gelecekte de kısmen ulaşacak. İşte bu darboğaz Güneş’in yakıt olarak kullanabileceği hidrojen miktarını sınırlayarak Güneş’in ömrünü kısaltıyor.

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

5 milyar yıl kaldı

Sonra Güneş sönecek ve bir kırmızı deve dönüşecek. Bu sırada balon gibi şişecek ve Merkür ile Venüs’le birlikte muhtemelen Dünya’yı da yutarak yok edecek (Aslında gezegenimizdeki hayatı 1 milyar yıl içinde yok edecek).

Beyaz cüce nasıl oluşuyor?

Güneş sönmeden önce dış katmanlarını uzaya savuracak ve küçülerek beyaz cüceye dönüşecek (Kırmızı dev evresindeki yıldızların yoğunluğu azalıyor ve yerçekimi seyrek gazları bir arada tutamıyor. Sonunda yıldız kendi güneş rüzgarıyla dış gaz katmanlarını uzaya üfleyerek küçülüyor).

Güneşimiz dahil olmak üzere, Samanyolu’ndaki yıldızların yüzde 97’sinin kaderi bu olacak. Beyaz cüce olarak küçülüp sönecekler. Ancak, bu aşamada hayatın yapıtaşı olan ağır elementleri de sentezleyecekler.

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Hepimiz yıldız tozuyuz

Güneşimiz kırmızı dev aşamasında dev bir demirci ocağına dönüşecek; yani hidrojen yerine çekirdeğindeki helyumu yakmaya başlayacak. Helyum daha ağır bir atom olduğu için daha çok enerji üretecek; ancak daha yüksek sıcaklıkta yandığı için hidrojenden çok daha hızlı tükenecek.

Gerisi kaçınılmaz ölüm

Helyum yaktığı için çekirdek sıcaklığı artan Güneş’in dış gaz katmanları aşırı şişecek ve yıldızımız kırmızı dev haline gelerek ana sıralama yıldızları kategorisinin dışına çıkacak. Bu sırada çekirdekteki helyumu yakarak karbon ve oksijene dönüştürmeye başlayacak.

Elbette çekirdekteki helyum tükendiği zaman yanma duracak ve Güneş geçici olarak soğuyacak Ancak, Güneşimiz asla karbon ve oksijen atomlarını yakacak sıcaklığa erişemeyecek; çünkü yeterince ağır bir yıldız değil ve büzüldüğü zaman çekirdeğini yeterince sıkıştırmayı başaramayacak.

İlgili yazı: NASA’dan Işıktan Hızlı Warp Drive Projesi

 

İkinci yangın

Buna karşın Güneşimiz, tıpkı çekirdeğindeki hidrojeni bitirdiği zaman soğuyup büzüldüğü gibi, helyumu yaktığı zaman da büzülecek. Böylece ikinci kez tutuşarak bir süre daha yanmaya devam edecek.

Neden derseniz yedek hidrojen sayesinde derim: Çekirdekte nükleer füzyon durmuş olmasına rağmen, çekirdeği saran alt gaz katmanındaki hidrojen Güneş’in büzülmesi neticesinde sıkışıp ısınacak. Bu da Güneş’in tekrar şişerek genişlemesine yol açacak.

Nitekim buna ikinci kırmızı dev evresi diyoruz: Bu kez en dipteki çekirdek yerine, direkt alt katmandan ısınan Güneş çok daha büyük bir kırmızı dev olacak. Kısacası Güneş’i saran gazlar daha da incelecek ve yüksek sıcaklığa bağlı güçlü güneş rüzgarı bütün bu gazları uzaya üfleyecek. Güneş işte bu son aşamada iyice küçülerek son nefesini verecek ve beyaz cüceye dönüşecek.

İlgili yazı: Mobil İnternette Video İzleme Rehberi

 

Beyaz cüce nedir?

Beyaz cüce sönmüş bir yıldızın karbon ve oksijen atomlarından oluşan ölü çekirdeğidir. Beyaz cüceler sönmüş olduğu halde kendi üzerine çökerek nötron yıldızı veya kara deliğe dönüşmüyor (atomları saran elektronlar yerçekimiyle daha fazla büzülmeye direnç gösteriyor ve bu çöküşü durduruyor).

Buna karşın, beyaz cüceler kendilerini yaratan yıldızların momentumunu devraldıkları için kendi çevresinde dönüyor. Aslında yıldızdan küçük oldukları için çok daha hızlı dönüyor. Bu da merkezkaç kuvveti yaratıyor.

Merkezkaç kuvvetinin yol açtığı şişme eğilimi, bir beyaz cücenin sahip olabileceği maksimum kütleyi (maksimum ağırlığı) artırıyor. Bu bağlamda kütlesi Güneş’ten 1,44 kat fazla olan beyaz cüceler dejenere elektron basıncını yenerek daha fazla çöküyor ve geçen yazıda anlattığımız nötron yıldızlarına dönüşüyor. Ancak Güneşimiz son nefesini sakin bir şekilde verecek:

İlgili yazı: Evreni Aydınlatan En Garip Ölümsüz Yıldızlar

 

Dünya boyundaki ölü yıldız

Beyaz cüceler yaklaşık Dünya gezegeni boyunda oluyor. Ancak, Güneşimiz çok ağır bir beyaz cüce üretemeyecek. Beyaz cüce olmadan önce gaz katmanlarının büyük kısmını gezegenimsi bulutsu olarak uzaya saçan Güneş’ten geriye kalan beyaz cüce, yalnızca yarım Güneş ağırlığında olacak.

Buna rağmen bütün bu kütle dünya boyundaki bir cisme sıkışmış olacak! Kısacası Güneş’in üreteceği beyaz cücenin yerçekimi Dünya’nın 350 bin katı olacak. Öyle ki 75 kiloluk bir insanın beyaz cüce üzerinde 67 bin 300 ton geleceğini söyleyebiliriz.

İlgili yazı: 10 Adımda kara deliğe düşen astronota ne olur?

 

Bir de magnezyum cüceler var

Elbette evrende Güneş’ten daha ağır oldukları halde, süpernova halinde patlayıp nötron yıldızına dönüşemeyecek kadar hafif olan ara kademe yıldızları da var. Bunların çekirdeği yüksek ağırlık altında daha fazla eziliyor ve yıldız sönmeden önce çok daha yüksek sıcaklıklara erişiyor.

Öyle ki 8-10,5 Güneş kütlesindeki bir kırmızı devin çekirdek sıcaklığı 1 milyar dereceyi aşarak içindeki karbonu da yakmaya başlıyor. Böylece 1,44 Güneş kütlesinde olan ve oksijen ile neonla birlikte yüksek oranda magnezyum da içeren en ağır “magnezyum cüceler” ortaya çıkıyor.

İlgili yazı: Evrenin En Soğuk Yıldızı Kahverengi Cüce

 

Peki gezegenimsi bulutsu nedir?

Buraya kadar beyaz cüce nasıl oluşur sorusunu yanıtladık ve Güneş’in gelecekte bir beyaz cüceye dönüşeceğini söyledik. Ancak, Güneş öldükten sonra geriye ne kalacak sorusunu tam olarak cevaplamadık. Oysa yukarıda gezegenimsi bulutsulardan söz etmiştik. Şimdi bunların nasıl oluştuğunu da görelim:

Gezegenimsi bulutsular dış katmanlarını uzaya saçan güneşlerin üflediği gaz ve toz bulutlarından oluşuyor. Peki Güneş’in üreteceği bulutsu ne kadar parlak olacak? Doğrusu pek de parlak olmayacak; çünkü tüy sıklet Güneşimiz hiçbir zaman parlak bir bulutsu üretecek kadar sıcak olmayacak. Kırmızı dev aşaması pek sakin ve solgun geçecek.

İlgili yazı: Galaksinin En Küçük Yıldızı Satürn Boyunda

 

Yine de 10 bin yıllık parlayacak

Güneş’ten geriye kalan gezegenimsi bulutsu 10 bin yıl boyunca parlayacak ve civarda uzaylılar varsa, Güneş’in kalıntısı olan bu bulutsuyu 10 ışık yılı uzaktan görebilecekler.

Yaklaşık 1,5 Güneş kütlesine denk olan sıcak ve parlak beyaz cücelerin gezegenimsi bulutsuları ise 1 milyon ışık yılı uzaktan bile görülebiliyor. Bunlar aslında soluk beyaz cücenin görülemeyeceği kadar uzaktan görülüyor.

Her durumda, Güneş’in kısa mesafeden de olsa çıplak gözle görülebilen bir bulutsu yaratacak olması fizikçilerin kafasını karıştırdı; çünkü astronomlar galaksilerin uzaklığını biraz da en parlak gezegenimsi bulutsulara bakarak ölçüyorlar. Bunun için de bulutsuların maksimum parlaklığını ve sayısını kesin olarak ölçmek zorundalar.

Oysa Güneş gibi sarı cüceler bile gözle görülebilen bulutsular oluşturuyorsa bütün hesaplar karışıyor. Şimdi beyaz cücelerle ilgili bu gizemi çözelim. Ne de olsa bu gizem uzayda hayatın ne kadar yaygın olduğuyla da ilişkili.

İlgili yazı: Çalıntı Yıldız Proxima C ve Dünya Benzeri Gezegeni

 

Gezegenlerle ne alakası var?

Gezegenimsi bulutsu teriminin gezegenlerle hiçbir ilgisi yok. 1700’lerin sonlarında William Herschel bunları dönemin ilkel teleskoplarıyla gözlemlediği zaman gezegene benzetmişti. Gezegenimsi bulutsu ismi buradan çıktı.

Tanrı’nın Gözü olarak da adlandırılan Helis Bulutsusu, Kedi Gözü Bulutsusu, Halka Bulutsusu ve Kabarcık Bulutsusu hep merkezinde beyaz cüce olan gezegenimsi bulutsular (Bu sonuncusu kalın bir moleküler hidrojen bulutunun içinde oluştuğu için çevredeki gazları iterek kendi köpüğünü yaratıyor).

İlgili yazı: Güneş’in kayıp ikizi nereye gitti?

 

Galaksilerin uzaklığını ölçmek

Astronomlar gezegenimsi bulutsuları galaksilerin uzaklığını ölçmekte kullanıyor ve bunu 25 yıl önce keşfettiler:

Öyle ki diğer galaksilerdeki en parlak gezegenimsi bulutsuların yaklaşık olarak aynı parlaklıkta olduğunu tespit ettiler. Bu da en parlak olanlarına bakarak o galaksilerin Dünya’ya uzaklığını saptamalarına izin verdi.

Ancak, galaksilerdeki parlak bulutsu sayısının sanılandan fazla olduğunu gösteren gözlemler teorilere aykırıydı; çünkü Güneş gibi düşük kütleli çelimsiz yıldızların bile gözle görülecek kadar parlak gezegenimsi bulutsular ürettiğini gösteriyordu.

İlgili yazı: Dünya Gezegeni Çakıl Taşından Nasıl Oluştu?

 

Ancak fizikçiler olayı çözdü

Bu yıl bilim insanları Güneş’in tam olarak nasıl söneceğini tespit ettiler ve teoriyi buna göre düzelttiler: Sonuçta Güneşimizin gözle görülecek kadar parlak bir bulutsu üretebilecek en düşük kütleli yıldız olduğunu anladılar.

Güneş’ten hafif yıldızların ürettiği gezegenimsi bulutsuların ise çıplak gözle görülemeyecek kadar soğuk olduğu ortaya çıktı. Yeni teoriye göre, galaksilerin bize uzaklığını ölçmemizi sağlayan en parlak bulutsuları Güneş’ten en az 3 kat kütleli olan yıldızlar üretiyor.

Böylece bu soruyu cevapladık; ama Türk bilim insanı Mükremin Kılıç ve ekibi de beyaz cücelerle ilgili çok önemli başka bir sorunu çözdü:

İlgili yazı: Stephen Hawking Evren Sonsuz Değil Dedi

 

Çarpışan beyaz cüceler

Oklahoma Üniversitesi’nden Mükremin Kılıç ve arkadaşları, beyaz cücelerin de tıpkı nötron yıldızları ve kara delikler gibi çarpışarak tek bir beyaz cüce halinde birleşebileceğini buldu!

Mükremin Kılıç bunun için Güneş’e 65 ışık yılı mesafeye kadar görebildiğimiz bütün beyaz cüceleri saydı ve 100 beyaz cüceyi baz alarak galaksideki toplam beyaz cüce sayısını hesapladı. Sonuç tam bir sürpriz oldu: Galaksideki beyaz cüce sayısı, beyaz cüce üretecek olan güneş sayısından çok daha azdı Peki bu tutarsızlığı nasıl açıklayacağız?

Mükremin Kılıç ve ekibine göre bunun tek açıklaması olabilir: Galakside beyaz cüce sayısını azaltan bir süreç var. Galaksimizde beyaz cücelerin büyük kısmını yutacak kadar çok sayıda kara delik veya nötron yıldızı olmadığına göre, geriye tek bir açıklama kalıyor:

İlgili yazı: Sicim Teorisi Evreni Tek Denklemle Açıklayabilir mi?

 

Beyaz cüceler birbiriyle çarpışıyor

Peki neden? Galaksi diskindeki yıldızlar uzaya oldukça seyrek olarak dağılmış durumdalar ve uzay boşluğu çok büyük. Bu yüzden komşu yıldızların birbiriyle çarpışması çok nadir görülen bir olay (yıldız yoğunluğunun yüksek olduğu küresel galaksi kümelerinde bile). Ancak, Mükremin Kılıç ve meslektaşları buna bir çözüm buldular:

İkili yıldız sistemleri

Güneş’in kayıp ikizi nereye gitti yazısında, yeni yıldızların büyük gaz bulutlarının içinde toplu halde doğduğunu söylemiştim. Bu da ikili yıldız sistemlerinin tek güneşli sistemlerden daha yaygın olduğu anlamına geliyor.

Bu durumda, Güneş kütlesinde yıldızlardan oluşan ikili yıldız sistemlerinde iki beyaz cüce oluşabilir ve bu yıldızlar birbirine yakın dönüyorsa çarpışarak şiddetle patlayabilir ve tümüyle yok olabilirler. Bunu bize uzay teleskopları gösteriyor:

İlgili yazı: Gezegen Avcısı TESS Uzayda Hayat Arıyor

 

GAIA uzay teleskopu

Avrupa Uzay Ajansı’nın tasarladığı GAIA uzay teleskopu, 325 ışık yılı mesafeye kadar yaklaşık 14 bin beyaz cüce gözlemledi. Beyaz cücelerin rengi ve parlaklığı bunların kütlesini de hesaplamamızı sağladı. İstatistiksel veriler, beyaz cücelerin önemli bir kısmının kendilerini oluşturan yıldızların izin verdiğinden daha ağır olduğunu gösterdi.

Hepsi birbirine yakın mı dönüyor?

Doğrusu ikili yıldız sistemlerindeki ikiz beyaz cüceler illa birbiriyle çarpışacak diye bir kural yok; ama Mükremin Kılıç beyaz cücelerin çevresinde gezegenimsi bulutsular olduğunu hatırlatıyor (zaten gezegenimsi bulutsu konusunu biraz da bu yüzden anlattım).

Sonuçta beyaz cüceler birbirine yakın olduğu için birleşen tek bir bulutsu tarafından sarılıyor ve bulutsunun kütlesi beyaz cücelerin dönme hızını yavaşlatıyor. Böylece yörüngeleri daralan beyaz cüceler birbirine yaklaşarak çarpışıyor.

Mükremin Kılıç’a göre galaksideki beyaz cücelerin yüzde 11’i aslında çarpışan iki beyaz cüceden oluşuyor: “Gelecek 10 milyar yılı kapsayan bir bilgisayar simülasyonu yaptık. Bu simülasyonda, 2 adet beyaz cüce üreten ikili yıldız sistemlerinin yüzde 15 ila 30’unda beyaz cücelerin çarpıştığını ve tek bir beyaz cüce ürettiğini bulduk.”

İlgili yazı: Parlak Süpernova Yıldız Yutan Kara Delik Çıktı

 

Hayatın kökeni beyaz cüceler mi?

İki ağır beyaz cüce çarpışınca Tip 1a süpernova halinde patlayarak tümüyle yok oluyor. Ancak, Mükremin Kılıç’la ekibi bu patlamaların sanılandan sık gerçekleştiğini anladılar ve biz de buna şükretmeliyiz: Tip 1a süpernovalar beyaz cücelerin içindeki bütün oksijen ve karbonu uzaya saçıyor. Bu elementler de hayatın yapı taşlarını oluşturuyor.

Son olarak kara cüceler geliyor

Beyaz cücelerin nükleer füzyon gerçekleştirmediğini, yani kendi enerjisini üreterek ışık saçmadığını hatırlayalım. Bunlar soğuyana kadar ışık saçacaklar ve 1 trilyon yıl sonra en uzun ömürlü beyaz cüceler bile kararıp sönmeye başlayacaklar.

İşte o zaman torunlarımız beyaz cücelerin son ışığını sömüren halka dünyaları terk ederek kara deliklere yolculuk edecek ve kara deliklerden enerji üreterek ısınıp hayatta kalmaya çalışacaklar. Peki bir kara delikten nasıl enerji üretebiliriz? Onu da Kara Delik Bombası yazısında okuyabilirsiniz. Bilimle kalın.

Beyaz cüceler nasıl oluşuyor?

¹The mysterious age invariance of the planetary nebula luminosity function bright cut-off
²Double White Dwarf Binary and a Friend: Implications for He+CO White Dwarf Mergers