Neden Evrende Yeşil ve Mor Güneşler Yok?
Evrende trilyon kere trilyon yıldız var ve bunların yüzde 7,6’sını Güneş’in de içinde bulunduğu G sınıfı yıldızlar oluşturuyor. Bunların arasında Güneş gibi sarı görünenler, beyaz ışıkla parlayanlar, hatta kırmızı cüceler, turuncu ve mavi renkli güneşler var ama uzayda mor ya da yeşil yıldız yok. Fizik yasaları uyarınca olması da imkansız ama neden? Kara cisim ışıması ve renklerin kökeniyle görelim.
Yıldızların rengi nereden gelir?
Bir yıldızın rengi renkküreden gelir. Yıldızın ısı ve ışık saçmasını sağlayan nükleer füzyonun gerçekleştiği çekirdek ışınım bölgesini oluştururken bunu saran katmana taşınım bölgesi deriz ki bu da ısıl taşınımdır: Çekirdeğin ısıttığı gazlar genleşerek hafifler ve yıldızın içinde yükselir. Yükselince soğur ve yoğuşarak çekirdeğe geri çöker. Güneş yüzeyinde gördüğümüz plazma kabarcıklarının sebebi termal taşınımdır.
Benzer bir süreç Dünya’nın dış çekirdeği ile manto tabakası arasında gerçekleşir ki bu dalma batma hareketleri depremlerle volkanik faaliyetlerden, Güneş söz konusu olduğunda ise yıldız depremlerinden sorumludur. Taşınım bölgesinin üstünde ışıkküre yer alır ve bu katman çekirdekte üretilen ışığın yayınlandığı bölgedir. Bunun üstündeyse yıldıza rengini veren renkküre yer alır. Renkkürenin tayfında hangi renk baskınsa yıldız o renkten olur (mavi dev gibi).
Son olarak yıldızlar gibi küresel ve simetrik olmayan, yüksekliği ve menzili anlık olarak değişen taçküre gelir ama taçküreyi size Parker Güneş Sondası ve yıldız yağmurlarında anlatmıştım. Bu yazıda yalnızca renkküreye odaklanacağız. Aslında renkkürede yıldıza rengini veren bir süreç gerçekleşmez ama ışıkkürenin baskın rengi renkkürede ayrışarak ortaya çıkar ki burada termodinamik devreye girer.
Sonuçta bir yıldızın rengi sıcaklığına bağlıdır ve biz de mutlak parlaklığını bildiğimiz yıldızların sıcaklığını hesaplarız. Sıcaklık yıldızın kütlesine bağlı olduğu için rengini bildiğimiz yıldızların içyapısını da biliriz. Örneğin kırmızı cücelerin taşınım bölgesi yıldızın tamamını kaplar ve işte bu yüzden küçük yıldızlar hidrojenin tamamını yakarak 1 ila 10 trilyon yıl yaşar. Yeşil ve mor yıldız olmayışını ise kara cisim ışımasıyla açıklarız:
İlgili yazı: Gerçek Adem: ilk insan ne zaman yaşadı?
Güneşler ve kara cisim ışıması
Kara cisim ışımasında cisimler ışığı tümüyle emer ve hiç yansıtmaz. Bu yüzden göze simsiyah görünür. Bu tür gökcisimleri sadece ısı yayar ve bu da cismin kendisinden ileri gelir. Kara cisim ışıması mutfak sıcağından farklıdır. Örneğin yeni kaynatılmış bir yumurtanın ısısı yumurtadan değil, onu ısıtan ocaktan kaynaklanır. Buna karşın yıldızlar ısı ve ışık saçmasına rağmen kara cisim ışıması yapar; çünkü kendi ısı ve ışığını üretir. Yıldızın renginin sıcaklığına bağlı olmasının nedeni budur.
Evrenin en soğuk yıldızları ultra soğuk kırmızı cüceler olup bunlar 1700 derece sıcaklıktadır. M sınıfı kırmızı cücelerin sıcaklığı da 2700 dereceyi pek aşmaz ve bu nedenle sıcak bir yıldıza yakın dönen kahverengi cüceler 3300 derece sıcaklığa erişerek birçok kırmızı cüceden sıcak olabilir.
3700 dereceden itibaren K sınıfı turuncu cüceler gelir. Güneşimiz ise G sınıfı bir sarı cücedir ve 5500 dereceyle kütlesine oranla biraz sıcak olduğu için G2IV sınıfı yerine G2V sınıfına girmiştir. Evrendeki en sıcak yıldızlar arasında yer alan mavi devlerse 40 bin derece sıcaklığa erişebilir.
Sonuç olarak yıldızın sıcaklığı artarken ışığı da kırmızıdan maviye kayar. Buna rağmen mor veya yeşil renkli yıldızlar yoktur ve bunun nedeni de ışık suda nasıl kırılır yazısından hatırlayacağınız gibi istatistiksel mekaniktir. Bunun için kara cisim ışımasının kaynağını görelim:
İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili
Isı saçan güneşler
Yalnızca kendi ısısını dışarıya veren (ısıl ışınım) bir cismin sıcaklığı onu oluşturan parçacıkların titreşmesinden kaynaklanır; yani resimde gördüğünüz gibi bu parçacıkların kinetik enerjisinin, momentumunun ortalamasıdır. Heisenberg’in belirsizlik ilkesi nedeniyle tek tek parçacıkların momentumunu bilemeyiz ama ortalama momentumunu cismin ısısı olarak ölçebiliriz. Parçacıkların hızından özellikle söz etmedim; çünkü bu durumda cismin bomba gibi buharlaşması söz konusudur.
Momentumu ısı olarak ölçmekten kastımız ise parçacıkların titreşirken birbirine çarpması ve kazandıkları enerjiyi elektromanyetik dalga (ışık) olarak uzaya yaymasıdır. Yoksa ısının momentumu yoktur. Lütfen paniğe kapılarak kendinizi içten yanmalı motorları yeniden tasarlamak zorunda hissetmeyin. 😊 Işığın gözle görülemeyen kızılötesi tayfı ısıdır. Resimde nötron, proton, elektron gibi parçacıkların farklı oranlarda enerji kaybedeceğini görebilirsiniz ki buna kara cisim eğrisi deriz.
Resimdeki eğri Güneş’in teorik kara cisim ışımasını ve dolgulu bölge de gerçekte ölçülen ışımayı gösteriyor. Teoriyle deneyler birbirine gayet güzel uyuyor. Diğer resimde ise elektromanyetik tayfın tamamını görüyorsunuz. İnsan gözünün görebildiği ışık bunun çok kısa bir bandını oluşturuyor. Bu arada tayfta farklı dalga boyu aralıklarına karşılık gelen bantların genişliği logaritmik olarak değişiyor. Logaritmik artış ise üssel artışla çok karıştırılmakla birlikte farklıdır:
Logaritmik artış üssel artışın tersi olup çok yavaştır. Bunların karıştırılmasının nedeni ise üssel artış eğrilerinin artış ekseninde logaritmik ölçekle çizilmesiyle düzlenebilecek olmasıdır. Fizik, matematik veya mühendislik mezunu olarak daha teknik açıklamalar bekleyen okurlarımı yazı bütünlüğünü bozmadan tatmin ettiğime göre konuya devam edebilirim. 😊 İnsan gözleri pek yetersizdir:
İlgili yazı: Evren İçi Boş Bir Hologram mı?
Rengarenk güneşler
Elektromanyetik dalgalar metrenin trilyonda birinden 10 kilometrelik dalga boyuna uzanır ama görünür ışık bandı yalnızca 300 nanometre genişliğindedir. Öyle ki elektromanyetik tayfı Los Angeles ile New York arasında açsanız görünür ışık bandı iplik genişliğinde olurdu. Biz de bu yüzden tayfı resimdeki gibi logaritmik olarak sıkıştırıyoruz ki tayfın tamamını görebilelim. Bunun yıldızların rengiyle ne ilgisi var derseniz renk insan gözünün duyulaması ve beynin algılaması ile insan türüne özgü bir görüngüdür. Doğada renk yoktur. Yalnızca insan gözü görünür ışığı renklere bölerek algılar.
Öte yandan renkler yanılsama değildir. Tabii ki kırmızı ışığa karşılık gelen bir bant genişliği vardır ama gözleri bizden farklı duyarlılıkta olan bir uzaylı koyu kırmızı ile siyah arasındaki farkı göremese de morötesi ışığı gümüş renginde görebilir. Uzaylıya gerek yok aslında. Morötesi ışığa duyarlı arıları düşünün. 😊 Öte yandan yıldızların rengini renk algımıza göre değil bant genişliğine göre nesnel olarak ölçeriz. Bu bağlamda insan gözünde kırmızı, mavi ve yeşil renge duyarlı hücreler vardır.
Beynimiz üç renkteki sinyallerin şiddetini birbirine göre yorumlayarak görünür ışıktaki gökkuşağı renklerini algılar. Burada anahtar sözcük “birbirine göre” yorumlamaktır. İşte bu yüzden interneti 5 yıl önce sallayan o ünlü elbise fotoğrafının renginde anlaşamazsınız. Bana göre elbise mavidir ama beyaz ve altın renginde olduğuna yemin edenleri biliyorum. 😉 Bunun için renk uzayını görelim:
İlgili yazı: Zamanda Yolculuk Etmenin 9 Sıra Dışı Yolu
RGB renk uzayı nedir?
Renkleri anlamak için renkserlik grafiğine gereksinimimiz var. Siz de resimdeki eğride insan beyninin algılayabildiği bütün renk sinyallerine karşılık gelen renk tonlarını görebilirsiniz. Beynimizin gözümüzün duyuladığı bütün renk sinyallerini alıp almadığını ise ayrı bir yazıda anlatacağım. Resimdeki eğride RGB renk uzayını görüyorsunuz. Bu da RGB monitör ve televizyonların gösterebileceği renkleri kapsıyor; ancak RGB ekranlar yalnızca üçgenin içindeki renkleri üretebilir. Diğerleriniyse uydurur.
Resmin sağ tarafında daha rahat görebileceğiniz gibi eğrinin dış kenarı tek dalga boyundan oluşan ışık ışınlarına karşılık gelir. Bunlara monokrom renkler veya tek renkli renkler deriz. İşte bu kontur eğrisi bütün görünür ışık tayfına karşılık gelir (kırmızıdan mora uzanan bir tayf). Eğri yüzeyin üzerindeki diğer renkler ise tek renkli renklerin karışımlarından oluşur. Bunlara kabaca renk tonları diyebiliriz.
Yıldızların neden yeşil ve mor renkli olmadığını renk uzayıyla gösterelim: Kırmızı cüce güneşler basit olup neredeyse tümüyle kırmızı renk yayar (gerçi ultra soğuk kırmızı cüceler ve az büyük olanlar dışındaki bütün kırmızı cüceler Dünya benzeri atmosferde turuncu renkli gözükür). Yıldız sıcaklığı artarken ışığı da kırmızıdan turuncu ve sarıya kayar. Her ne kadar Güneş’e sarı cüce desek de aslında beyazdır ve beyaz bir renk değil, tüm renklerin karışımıdır.
Güneş ışığı atmosferde saçıldığı için daha çok sarı ışık yüzeye ulaşır ve bu da yıldızımızı sarı görmemize yol açar. Benzer bir etki gündoğumu ve günbatımında güneş ışığının kızıla bürünmesinde görülür. Güneş’i sarı gösteren fotoğraflar ise yapay olarak renklendirilmiştir. Yoksa Güneş resimdeki gibi beyaz bir yıldızdır. Bu bağlamda sıcaklık artarken sarıdan yeşile geçişte bir değişiklik yaşanır:
Yeşil güneşler neden yok?
Sıcaklığı belirli bir seviyenin üzerinde olan yıldızlar diğer dalga boylarından daha çok yeşil ışık yayabilir ama aynı zamanda tüm dalga boylarından güçlü ışık yayar. Bu da yeşil yıldız beklediğimiz sıcaklıktaki yıldızların beyaz görünmesine yol açar. Nitekim resimde görüldüğü gibi yıldızların renk sıcaklığı renkserlik tablosundaki konturları izlemez. Farklı bir eğri izlenir ve bunda yeşil renk atlanır, beyaz renk korunur ve sıcaklık artarken yıldız rengi maviye kayar. Gelelim mor yıldız olmayışına:
İlgili yazı: Virüsler Canlı mı ve RNA Yaşamın kökeni mi?
Mavi güneşler mor yıldızlara karşı
Mavi devlere gelinceye kadar beyaz renk dengesi korunur. Yıldız ışığında mavi ve kırmızı ışığın şiddeti yaklaşık eşit olduğundan yıldız ışığı beyaz gözükür. Mavi devlerde mavi, mor ve morötesi dalga boyları baskın çıkmaya başlar. İnsanlar morötesini göremez ama en sıcak yıldızlarda kırmızı ışığın azalmasıyla birlikte maviye kaymayı görürüz. Yine de morötesi ışık yıldızın mor renge bürünmesini önleyecektir! Mavi devlerde ışık maviye kayar ama sıcaklık da arttığı için beyaz ışık göreli şiddetini korur.
Buna karşın yüksek sıcaklıkta mor renk morötesine kayarak zayıflar. Maviye kayma, morötesine kayma ve beyaz renk baskısı altında kalan mor renk gözden kaybolur. Öyle ki evrendeki en sıcak yıldızlar 210 bin dereceye çıkabilir fakat parlak mavi görünmeye devam edecektir.
Özetle renkler insan türüne özgü bir algıdır ve yıldızlar tüm dalga boylarında ışık yayar. Yıldızların rengi ise direkt sıcaklığa bağlı olmakla birlikte insan algıları ile yıldız ışığının dalga boylarının karışımıdır. Bu faktörler de yeşil ve mor renkli yıldızların oluşmasını engeller.
Peki mor güneşler yoksa mor gezegenler olabilir mi? Onu da Mor Dünya Hipotezinde görebilir ve süpernovadan 10 kat güçlü ölüm yıldızlarına hemen bakabilirsiniz. Evrendeki soğuk bozon yıldızları nerede gizleniyor diye sorarken Kırmızı Dev İkizlerevi’nin ne zaman patlayacağını da merak edebilirsiniz. Hafta ortasında enerjinizi en iyi şekilde korumanız dileğiyle sağlıcakla kalın.
Sıcaklığına göre yıldız türleri
1Metallic-Line Stars Identified from Low Resolution Spectra of LAMOST DR5
2Spectral classification of B stars: The empirical sequence using SDSS-IV/APOGEE near-IR data
3A Catalogue of OB Stars from Lamost Spectroscopıc Survey (pdf)
