Tekrarlayan Nova: Sürekli Patlayan Beyaz Cüce Yıldız

Bir yıldız iki kez patlar mı? Bilim insanları komşu yıldızdan gaz çekerek kütle aktarımı yoluyla düzenli olarak patlayan yeni bir beyaz cüce yıldız keşfetti. Kod adı M31N 2008-12a olan bu tekrarlayan nova her yıl düzenli olarak alev alıyor. Peki ölü yıldız kalıntısı olan küçük beyaz cüce neden sürekli patlıyor? Ölü yıldızların ikinci ölümünü görelim.

Tekrarlayan nova nedir?

2008 yılında astronomlar bizden yaklaşık 2,5 milyon ışık yılı uzaktaki Andromeda galaksisinde aniden parlayan bir yıldız gözlemlediler. Bu yıldız süpernova olarak patlamadı ve birkaç hafta için galaksinin tamamından daha parlak bir ışık saçmadı. Yine de komşu galaksideki en parlak yıldızdan daha parlaktı; ama sadece 15 gün içinde solarak eski parlaklığına kavuşup gözden kayboldu.

Sonuçta M31N 2008-12a veya kısa adıyla 12a, Güneş’ten daha kütleli olan; ancak süpernova olarak patlayacak kadar cüsseli olmayan bir yıldızın sönmüş çekirdeğidir. Ana sıralama yıldızları gibi nükleer füzyonla ısı ve ışık üretmek yerine, hidrojen-helyum yakıtı bitince sönen ve yavaş yavaş soğumaya başlayan bir beyaz cücedir. Bu nedenle de galaksimizdeki en güçlü teleskopun bile göremeyeceği kadar soluktur. Peki 12a neden aniden parladı ve iki haftalığına görünür oldu?

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

 

Her yıl patlıyor

Ölü yıldız çekirdeği olmasına rağmen düzenli aralıklarla alev alıp parlaklığını artıran beyaz cücelere tekrarlayan nova diyoruz. Latince nova terimi eski insanların gökyüzüne baktıklarında daha önce orada olmayan yeni bir yıldız görmesinden geliyor. Süpernovayla arasındaki fark ne derseniz:

Süpernovalar patlayarak parçalanan yıldızlar. Bunlar nükleer yakıtını tüketince sönüp soğuyarak aniden büzülüyor ve çekirdekleri de sıkışarak ya nötron yıldızı ya da kara deliğe dönüşüyor. Bir süpernova 10⁴³ joule enerji üreterek kısa süre için ana galaksiden daha parlak oluyor.

Novalar ise o kadar yıkıcı değil. Üstelik evrenin yüzde 75’inin çoklu yıldız sistemlerinden oluşmasına karşın, bunlar yalnızca çok özel bir ikili yıldız sisteminde görülüyor:

Bu tür sistemlerde bir normal ana sıralama yıldızı ve bir de Dünya boyunda olmasına rağmen 0,15 ila 1,2 Güneş kütlesinde olan beyaz cüce bulunuyor. Beyaz cüceler haliyle ana sıralama yıldızlarından daha yoğun oluyor ve daha güçlü bir yerçekimi üretiyor. Eğer beyaz cüce normal yıldızın çevresinde çok yakından dönüyorsa bu yıldızdan gaz çekmeye başlıyor.

İlgili yazı: Bin Gezegenli Kara Delik Sistemi Var

 

O zaman renk, dans!

Yıldızdan emilen hidrojenle helyum gazı, yerçekimi Dünya’dan 350 bin kat güçlü olan ve kaçış hızı da saniyede 6500 km’ye erişen ( 😮 ) beyaz cüce yüzeyinde hızla birikiyor. Aynı zamanda müthiş yerçekiminin etkisiyle aşırı ölçüde sıkışıyor. Bu da gaz sıcaklığının artmasına yol açıyor.

Her ne kadar beyaz cüce, kendisini oluşturan karbon ile oksijen atomlarını nükleer füzyonla kaynaştıracak kadar sıcak ve yoğun olmasa da üzerine düşen gazı, en azından kontrolsüz bir şekilde patlayacak kadar sıkıştırabiliyor. Hidrojen ve helyum termonükleer patlamayla aniden alev alıyor ki bu süreçte beyaz cüce hidrojen çekirdeklerini helyuma, helyumu da karbona dönüştürüyor.

Özünde kontrolsüz termonükleer patlama oluşuyor; çünkü beyaz cücenin yüzeyi, her yönden 360 derece ezilen bir ana sıralama yıldız çekirdeği gibi düzenli yanma sağlayamıyor. Peki sonuçta ne oluyor? Hidrojen ve helyum 20 milyon derece sıcaklıkta; yani Güneş’in çekirdeğinden 5 milyon derece daha sıcak olan bir ortamda aniden patlayınca beyaz cüce alev alarak uzaya parlak ışık saçıyor

Oysa hidrojen ve helyum karbona dönüştüğü zaman patlama sona eriyor; çünkü beyaz cücenin yüksek sıcaklığı bile karbonu büyük oranda oksijene çevirmeye yetmiyor. Sonuçta yakıt bitince nükleer ateş sönüyor. İşte tekrarlayan nova böyle ortaya çıkıyor. Ne de olsa beyaz cüce yoldaş yıldızdan gaz çalmaya devam edecek ve yüzeyinde yeterli gaz biriktirince yeniden patlayacaktır.

İlgili yazı: Kodlama İçin En Gerekli 16 Programlama Dili

 

Bu tekrarlayan nova neden özel?

Ayrıca tekrarlayan novanın sonu nasıl olacak? Öncelikle beyaz cücenin aniden alev aldığını; ama 15 gün sonra söndüğünü söyledik. Peki neden aniden sönmüyor da yavaş yavaş sönüyor? Bunun nedeni hidrojenin ısınarak patlaması, patlama sırasında daha yüksek sıcaklık ortaya çıkması ve bunun geri kalan hidrojenle helyumu yakmasıdır. Bu nükleer yangını uzatan bir süreçtir.

Şimdi diyeceksiniz ki “Öyleyse beyaz cüce neden sönüyor? Sonuçta diğer yıldızdan sürekli gaz çekmiyor mu?” Evet, ama gazın yeterli miktara ulaşması lazım, yoksa patlama olmaz. Aslında patlama sırasında hidrojen ve helyumun büyük kısmı uzaya saçılıyor. Bu da termonükleer yakıtı tüketiyor ve ikinci patlamadan önce tekrar gaz birikmesini gerektiriyor.

Oysa tekrarlayan nova gazın tamamını uzaya püskürtmüyor ve bir kısmını yüzeyinde birikiyor. Bu da beyaz cücenin kütlesini artırıyor ve zamanla kendi içine çöküp bu kez süpernova halinde patlayarak nötron yıldızına dönüşmesine yol açıyor. Kısacası tekrarlayan nova sonsuza dek tekrarlanmıyor. Biz de bir beyaz cücenin süpernova halinde patlayarak nasıl ikinci kez öldüğünü görelim:

İlgili yazı: İnternetinizi Uçuracak En İyi 10 Modem

 

Tekrarlamayan süpernova

Nitekim beyaz cücenin yüzeyinde büyük miktarda hidrojen ve helyum biriktirerek kilo aldığını sanıyorsanız yanılıyorsunuz. Tabii ki komşu yıldızdan gaz çalan bütün beyaz cücelerin, henüz füzyon sıcaklığına ulaşmamış helyum ve hidrojenden oluşan bir atmosferi var. Ancak, yüzeye çöken gazın büyük kısmını karbona ve özellikle iri cüsseli bir beyaz cüce söz konusu ise oksijene dönüştürüyorlar.

Normalde bir beyaz cücenin kendisini oluşturan yıldızdan devraldığı oksijen dışında oksijen sentezlemezi zordur; çünkü bunun için yeterli ısı ve basınç üretemez. Ancak, yüzeyindeki karbon ve çok az da olsa oksijen miktarını artıracak birkaç hile yapabilir. Peki bunlar nedir?

1) Komşu yıldızdan büyük miktarda hidrojen ve az miktarda helyum çekecektir (Helyum hem evrende daha nadir bir element olduğu, hem de yıldızın genellikle iç kesimlerinde olduğu için beyaz cücenin kolayca emebileceği bir gaz değildir).

2) Yıldızdan çektiği hidrojeni tekrarlayan nova aşamasında termonükleer patlamayla helyuma dönüştürür. Böylece atmosferindeki helyumu yoldaş yıldızdan gelen helyumla birlikte sürekli artırır. Ardından ilginç bir şey olur: Termonükleer patlama sırasında az miktarda helyum karbona dönüşür.

3) Gerçi karbonu karbonla sentezlemek çok zordur (bunu ancak süpernova halinde patlayan yıldızlar yapabilir); ama beyaz cüce yüzeyindeki karbon atomları helyum yakalama yöntemiyle karbonu azot ve oksijene dönüştürebilir! Sözün özü beyaz cücenin yüzeyindeki karbon miktarı her patlamada artar.

Meraklısına karbon füzyon döngüsü

Önce karbon 12 çekirdeği bir protonla birleşip azot 13 oluşturuyor. Azot 13 çekirdeğindeki bir proton bozunuyor ve azotu karbon 13 izotopuna dönüştürüyor. Buna iki proton daha eklenerek azot 14 ve oksijen 15 oluşuyor. Bir nötron bozunarak bunu azot 15’e dönüştürüyor. Son bir proton eklenince karbon 12 ve nihayet oksijen 16’ya dönüşüyor. Bu süreçte bir alfa parçacığı (helyum çekirdeği) salınıyor ve karbon döngüsü yeniden başlıyor. Peki beyaz cüce süpernova halinde nasıl patlıyor?

İlgili yazı: Düz Dünya Teorisini Çürüten 12 Kanıt

 

Beyaz cücenin sonu

Beyaz cüceler sadece sönerek kendisini oluşturan orijinal yıldız çekirdeğinin iç sıcaklığını devralıyor. Bu nedenle de 10 milyar yıl içinde solarak beyaz ışık saçmayı durduruyor ve kararıp siyah cüceye dönüşüyor (Evrende siyah cüce yok; çünkü evrendeki ilk beyaz cüceler bile o kadar soğumadı).

Bununla birlikte beyaz cücenin müthiş ağırlığıyla kendi içine çökmesini engelleyen tek şey (aktif olarak ısı üretip kendisini oluşturan maddeyi gaz halinde genleştirmediği için) dejenere elektron basıncıdır. Sonuçta atomların etrafında dönen elektronlar atom çekirdeklerinin birbirine değmesini engeller.

Gerçi beyaz cücedeki atomlar kımıldayamayacak kadar sıkışıktır (buna dejenere madde diyoruz); ama atomların yüzde 99’u boşluk olduğu için dejenere madde beyaz cücenin daha fazla çökmesini önler ve en az bir Dünya boyunda olmasını sağlar.

Ancak, komşu yıldızdan gaz çalarak gittikçe ağırlaşan beyaz cücenin çekirdeğindeki basınç o kadar artar ki sonunda çekirdek kendi içine çöker. O zaman elektronlar muazzam bir basınçla sıkışarak atom çekirdeklerinin üzerine itilir ve protonlarla birleşerek yok olur, protonları da nötrona dönüştürürler.

Tekrarlayan nova yerine nötron yıldızı

Bu sırada en ağır elementleri bile sentezleyecek kadar ısı üreten çok şiddetli bir termonükleer patlama oluşur. Bu da beyaz cücenin dış katmanlarını uzaya püskürtür, çekirdek ise çökmeye devam ederek en az 20 km çapında bir nötron yıldızı oluşturur; yani beyaz cüce Dünya boyundan şehir merkezi boyuna iner. Gaz çalan beyaz cüceler süpernova halinde patlayarak ikinci kez ölürler.

İlgili yazı: Renk Körlüğünü Düzelten Gözlük EnChroma

 

Tekrarlayan nova neden parlıyor?

Şimdi diyeceksiniz ki elbette patlamanın ışığıyla parlıyor hocam. Oysa tam olarak değil. Patlamayla uzaya saçılan gazlar hem alev alan beyaz cücenin, hem de gaz çaldığı yıldızın ışığıyla içten içe parlıyor. Bu nedenle beyaz cücelerin tekrarlayan nova aşamasındaki hidrojen füzyonu 15 gün sürmese bile, uzaya saçılan gaz bulutunun 15 gün kadar içten aydınlatmayla parlaması mümkün oluyor.

Özetle Samanyolu’nda yılda 10 milyon ve bizden daha kütleli olup daha çok sayıda yıldız içeren Andromeda galaksisinde de yılda 25 tekrarlayan nova görülüyor. Ancak, 12a çok özel bir tekrarlayan nova demiştik değil mi? Bunun nedeni her yıl patlaması. Ne de olsa tekrarlayan novalar genellikle 10 yıl veya 30 yılda bir tekrarlanıyor.

Anlıyoruz ki 12a beyaz cücesi yoldaş yıldızdan kütle çala çala iyice kilo almış bir yıldız. Artık yerçekimi o kadar güçlü ki yoldaş yıldızdan 10 yıl yerine bir yılda patlayacak kadar gaz çalabiliyor. Bu durumda kütlesi de 1,4 Güneş kütlesine yaklaşıyor olmalı. Nitekim 1,4 Güneş kütlesi, beyaz cücenin süpernova olarak patlaması ve çekirdeğinin çöküp nötron yıldızına çökmesi için gereken kütledir.

Tip Ia süpernova

Bu tür süpernovaların mutlak parlaklığı direkt olarak patlama enerjisine bağlıdır. Bu doğrudanlık Tip Ia süpernovaları evrendeki galaksilerin uzaklığını ölçen standart mumlar olarak kullanmamızı sağlar (uzaklıklarına bağlı olarak ne kadar soluk olacakları bellidir). Evrendeki uzaklıkları ölçmek ise evrenin büyük patlamadan bu yana ne hızla genişlediğini gösteriyor ki kuasar ölçümleriyle Tip Ia süpernova ölçümleri arasında uyuşmazlık olduğu için bilimde karanlık enerji krizi çıkmış bulunuyor. Peki başka?

İlgili yazı: Çin Füzyon Reaktörü EAST 100 Milyon Derece

 

En özel tekrarlayan nova

Astrofizikçilerin tahminlerine göre 12a beyaz cücesi önümüzdeki 40 bin yılda patlayarak nötron yıldızına dönüşecek. Peki bu neden özel? Açıkçası bizler 2,5 milyon ışık yılı uzaktaki bir tekrarlayan novanın tam olarak ne zaman patlayacağını saptayacak kadar gelişmiş bir uygarlık değiliz. Belki de yanlış hesapladık ve 12a beyaz cücesi 10 yıl sonra patlayacak ya da 100 yıl içinde…

Her durumda Tip Ia süpernovaların tam olarak nasıl oluştuğunu bilmiyoruz ve bir insan ömrü içinde patlayacak 12a da bize bu süpernovaları çözmemizi sağlayacak bilgiler sunabilir. Dahası evrende daha kısa sürede patlayacak bir tekrarlayan nova bulabiliriz. O zaman da bilimsel gelişme hızlanır.

Peki süpernovalardan 10 kat güçlü hipernovalara ne dersiniz? Peki ya aynı anda 4 kez patlayan yıldıza? Bunları hemen okuyabilir ve eskiden uzaylı sinyali olduğu sanılan hızlı radyo sinyali patlamalarının kaynağı olduğu düşünülen özel nötron yıldızlarını da şimdi göz atabilirsiniz. Pastırma yazının direndiği İstanbul’dan güneşli günler dilerim.

Yıldızlar nasıl patlıyor?

¹A Recurrent Nova Super-Remnant in the Andromeda Galaxy (pdf)
²M31N 2008-12a — The Remarkable Recurrent Nova in M 31:Pan-Chromatic Observations Of The 2015 Eruption (pdf)
³A Common Explosion Mechanism for Type IaSupernovae