Yamyam yıldızlar – Dünya yutan katil güneşler

Astronomi Hollywood korku filmlerine benzemez. Bilim bir keşif ve aydınlanma macerasıdır, ama Vanderbilt Üniversitesi’ndeki astronomların son keşfinin korku filmlerini andırdığını söyleyebiliriz.

Çünkü bilim adamları uzayda doğan genç dünyaları yutan yamyam yıldızlar keşfettiler. HD 20781 ve HD 20782 adlı iki yıldız toplam 30 gezegeni yutarak yok etti.

Anlaşılan, uzayda hayat arayışında önemli olan şey galaksimizde Dünya benzeri kaç gezegenin oluştuğu değil. Asıl önemli olan bu kayalık gezegenlerden kaçının hayatta kaldığı. Dünya yutan yamyam güneşler birçok gezegeni içine çekerek yok ediyor ve Evren’deki olası “Dünya” sayısını azaltıyor. Peki neden?

Gezegen güden uzay çobanları:

Dünya benzeri kayalık gezegenler iç güneş sisteminde, yıldıza yakın mesafelerde oluşuyor. Jüpiter gibi gaz devleri ise soğuk dış güneş sisteminde ortaya çıkıyor.

Gaz devlerinin binlerce kilometre kalınlığında bir atmosfer oluşturmasının sebebi de bu gezegenlerin güneşe uzak olması. Yoksa güneşin yaydığı ısıdan kaynaklanan buharlaşma, gaz devi olmaya aday iri kayalık gezegenlerin kalın bir atmosfer oluşturmasını engellerdi.

İşin ilginci dünya benzeri küçük kayalık gezegenler de hayatını gaz devlerine borçlu. Gaz devleri dış güneş sisteminde kalırsa, kayalık dünyaları asteroit çarpışmalarından koruyor. Güçlü bir çekim alanına sahip olan gaz devleri çok sayıda asteroit ve kuyrukluyıldızı kendine çekerek, Dünya benzeri gezegenlerde göktaşı çarpışmalarını azaltıyor.

Örneğin Jüpiter olmasaydı, Dünyamızda dinozorların tükenmesine yol açan büyük çarpışmalar 60 milyon yılda değil, 10 milyon yılda bir yaşanacaktı. Bu da Dünya’da hayatın tükenmesine yol açacaktı.

Ancak gaz devleri iki ucu keskin kılıç: Dış güneş sisteminde oluştuktan sonra iç güneş sistemine göç ederlerse, güneşe yakın kayalık dünyaları yerinden ediyor ve yörüngeden çıkararak yıldızın içine düşmesine neden oluyorlar. Yamyam yıldızlar işte bu şekilde ortaya çıkıyor ve Dünya gibi gezegenleri yutarak o yıldız sisteminde hayatın ortaya çıkma şansını azaltıyor.

Galaktik besin zinciri:

Galaksimizde Güneş benzeri yeterli sayıda G sınıfı sarı cüce yıldız bulduk. Sadece Kepler uzay teleskopuyla güneş sisteminin dışında 960 gezegen keşfettik. Dünya’daki teleskopları da işin içine katarsak 20 yılda 2800 öte dünya tespit etmiş bulunuyoruz. Üstelik bunların arasında Dünya benzeri kayalık gezegenler de yer alıyor.

Bu keşifler yakın zamana kadar bilim adamlarına uzayda Dünya benzeri hayat bulma konusunda ümit veriyordu. Ne de olsa öte dünya keşfetmekte kullandığımız yöntemler küçük kayalık gezegenlerden çok, Jüpiter gibi gaz devlerini bulmaya elverişliydi. Bu yüzden galakside kayalık gezegen sayısı beklediğimizden az çıktığı zaman, “Sorun değil, uzayda Dünya benzeri gezegenler var ama biz göremiyoruz” dedik.

Peki, ya yanılıyorsak? Ya uzayda Dünya benzeri çok az gezegen varsa? O zaman galaksimizde Dünya benzeri hayat bulma şansımız da azalacaktır. Bu durumda James Cameron’ın Avatar filmindeki Pandora gibi hayat dolu dünyalar bulma hayaline elveda diyebiliriz.

Samanyolu’ndaki güneş benzeri yıldızların çoğu yeni oluşan kayalık gezegenleri bu yazıda anlattığımız gibi yiyip yutuyorsa, Evren insanoğlu için gerçekten yalnızlık dolu ıssız bir yer olmalı. Peki, öyle mi gerçekten? Uzayın derinliklerinde sıra dışı bir yolculuğa çıkarak birlikte görelim.

Yıldızların yemek alışkanlıkları:

Her şey Vanderbilt Üniversitesi Astronomi Profesörü Keivan Stassun ve ekibinin yabancı yıldızların atmosferinde buharlaşmış kayalık gezegenlerden kalma kimyasal izler bulmasıyla başladı.

Yıldızların atmosferinin kimyasal yapısını öğrenmek için yıldız ışığı tayfını analiz eden Vanderbilt Üniversitesi Yüksek Lisans öğrencisi Trey Mack; Dünya, Mars ve Venüs gibi kayalık gezegenleri yutan yıldızların atmosfer kimyasının nasıl değişeceğini gösteren bir matematik modeli geliştirdi.

Yıldızların atmosferindeki elementleri tek tek analiz etmemizi sağlayan bu model, uzayda yeni dünyaların nasıl oluştuğunu anlamamızı sağlayacak ve böylece galaksideki Dünya benzeri öte gezegenleri saptamayı kolaylaştıracak.

Astronomlar Mack’ın modelini test etmek için HD 20781 ve HD 20782 adlı Güneş benzeri iki yıldızı seçtiler. Teleskoplarını yönelttikleri bu yıldızlar 3 adet gaz devi içeren ilginç bir çift yıldız sistemi oluşturuyordu.

Ötedünya avcıları:

1990’lardan itibaren teleskop teknolojisi bilgisayar desteğiyle gelişti ve yıldızların çevresinde dönen gezegenleri dolaylı yollardan tespit etmek mümkün oldu. Bilim adamları o zamandan beri yıldız atmosferindeki metal oranını güneş sisteminde kayalık gezegen bulunma ihtimaliyle ilişkilendirecek bir model geliştirmek istiyordu.

İşte Mack’in modeli bu işe yarıyor. Yıldız ışığının tayfına bakan astrofizikçilerin bir yıldızın atmosferinin üst katmanlardaki elementleri analiz etmesini sağlıyor. Zaten bilim adamları yazımıza konu olan yamyam yıldızları da böyle keşfettiler.

Evren metal müzik seviyor:

Evren’de gezegenlerin oluşmasını ve Dünya’da hayatın ortaya çıkmasını bir varoluş senfonisi olarak hayal edersek, yıldızların da metal müzik sevdiğini kabul etmemiz gerekir. Çünkü ABD Los Alamos Ulusal Laboratuarı’nda yapılan bir araştırmada, yüksek oranda metal içeren yıldızların gezegen sistemi geliştirme ihtimalinin de yüksek olduğu ortaya çıktı.

Atmosferinde az miktarda metal bulunan yıldızların gezegen sahibi olma olasılığı ise daha düşüktü. Ancak düşük metal içeren yıldızların çevresindeki az sayıda kayalık gezegenin hayatta kalarak günümüze gelme olasılığı yüksekti.

Kuşak çatışması:

Evren’in oluşumuna baktığımız zaman neden böyle olduğunu görüyoruz. Atmosferinde metal içeren ikinci kuşak yıldızlar 10 milyar yıl önce ortaya çıkmadan evvel, Evren hayata elverişli olmayan ıssız bir yerdi.

Çünkü Evren’i doğuran Büyük Patlama’nın ardından ortaya çıkan yıldızlar sadece hidrojen ve helyumdan oluşuyordu. Metaller ve kayalık dünyayı oluşturan silikon ile karbon gibi elementler o çağlarda yoktu.

Ancak, birkaç yüz milyon yıl içinde süpernova olarak patlayıp yok olan ilk kuşak yıldızlar nükleer fırınlarında, yani yıldız çekirdeklerinde evrenin ilk ağır elementlerini oluşturdular. Ardından çarpışan nötron yıldızları altın gibi ağır metalleri oluşturdu.

Böylece 10 milyar yıl önce ikinci kuşak yıldızlar ortaya çıktı. Bu “metalik yıldızları” ve çevrelerindeki gezegenleri oluşturan gaz ve toz bulutunda ağır elementler bulunuyordu. İlk kayalık gezegenler ve belki de Yeryüzünden önce hayat barındıran ata dünyalar Evren’e bu şekilde merhaba dedi.

Gerçi bu yüksek oranda metal içeren yıldızların neden çok sayıda kayalık gezegen barındırdığını açıklıyor, ama düşük metal içeren yıldızların çevresindeki kayalık gezegenlerin neden uzun ömürlü olduğunu açıklamıyor. Bunun için uzay macerasına devam etmemiz gerekiyor.

Sıcak Jüpiter ne demek?

Jüpiter’i alın ve Güneş’e yaklaştırın. Hatta Güneş’e Merkür gezegeninden daha yakın olsun. Belki 30 milyon kilometre. Jüpiter’in atmosferi güneşin sıcağı yüzünden buharlaşmaya başlayacak ve Jüpiter’de sesten hızlı esen kasırgalar kopacaktır. Evet, saatte 1600 km hızla esen kasırgalar (ki bu da yaklaşık olarak Dünya’nın kendi etrafında dönme hızına eşittir).

Sıcak Jüpiterler işte bu nedenle biz insanlar için favori tatil mekânları değil. Ancak Sıcak Jüpiterlerden söz ederek konuyu dağıttığımızı da düşünmeyin. Sadece Jüpiter’in Güneş’e yaklaşırken Güneş Sistemi’nde nasıl bir felaket yaşanacağını düşünün!

Jüpiter’in kütlesi diğer bütün gezegenlerin kütlesinin toplamından daha fazla ve bu gezegen Güneş’e yaklaşırken Dünya, Venüs, Mars ile Merkür’ü yörüngesinden çıkaracak. Ya bu kayalık gezegenler uzayın derinliklerine savrulup karanlıkta donarak kaybolacak ya da Güneş’e çok yaklaşıp içine düşerek yok olacak.

Azı karar, çoğu zarar:

İşte bu yüzden atmosferinde yüksek oranda metal olan yıldızların çevresinde çok sayıda gezegen olma ihtimali yüksek, ama kayalık gezegen bulunma olasılığı düşük. Yine de bu kısa cevap sizi tatmin etmezse, detayları hemen aşağıda.

Güneş Sistemi’nin ilk yıllarında genç gezegenler henüz yerine “tam olarak oturmamıştı” ve yörüngeleri sürekli değişiyordu. Ancak, Güneş Sistemi’nde metal oranı düşük olduğu için az sayıda dünya oluştu ve bu dünyalar diğer gezegenler tarafından pek rahatsız edilmediklerinden kararlı yörüngelere oturdular. Böylece Jüpiter gibi gaz devleri tarafından yanlışlıkla Güneş’in içine savrulmadılar.

Orta karar yıldızlar:

Bilim adamları deneysel yöntemler kullanmadığı için Eski Yunan filozofu Aristoteles’i pek sevmezler; ama Aristoteles’in ender dâhilerden olduğu kesin. Neden derseniz, “Altın Orta”dan bahsetmiş derim. Aristoteles hayatta aşırı uçlardan sakınmamızı salık verirdi.

Sanırım hayatın beşiği olan Dünya’nın da aşırılıktan sakınan bir sıradan yıldızın çevresinde oluştuğunu öğrense sevinirdi. Güneş “metalik bir yıldız” ama metal oranı ne yüksek ne de çok düşük: Orta karar.

Kurşun gezegen?

Trey Mack, yıldızlardaki metal oranını ölçen yeni matematik modelini geliştirmek için Tampa Üniversitesi’nden Simon Schuler’ın çalışmalarından yararlandı ve ilk olarak yıldızlardaki alüminyum, silikon, kalsiyum gibi 15 elementin kesin oranlarını ölçmeye karar verdi. Bunun bir sebebi vardı.

Güneş’in yüzey sıcaklığı 6000 derece ve Dünyamız gibi uzaydaki diğer kayalık gezegenler de Güneş’e nispeten yakın mesafelerde bulunuyor. Dolayısıyla kayalık gezegenlerin güneşin sıcağında kolay erimeyen elementlerden oluşması gerekiyor.

Güneş’e yalnızca 58 milyon km uzakta olan Merkür bile kaya ve demirden oluştuğu için erimeden varlığını sürdürüyor. Nitekim demir 1500 derecede, granit ise yaklaşık 700 derecede eriyor. Oysa kurşunun erime sıcaklığı sadece 320 derece ve işte bu yüzden uzayda kurşundan gezegenler bulunmuyor.

Kayalık gezegenler öncelikle silikat, karbon ve elmastan oluşuyor. Hatta bol miktarda karbon içeren gezegenler dev elmas toplarına dönüşüyor. Dünyamız ise aslında karbon bakımından fakir bir gezegen.

Bildiğiniz gibi bizde elmas dağları yok. Bunun yerine bol kaya (silikat) ve büyük bir demir–nikel çekirdek var. Buna rağmen az miktarda karbon atomu Dünya’da hayatın ortaya çıkmasına yeterli oldu. : )

Kardeş yıldızların gizemi:

HD 20781–HD 20782 çift yıldız sistemi, uzayda gezegen yutan güneşlerle yeni dünyaların oluşumu arasındaki ilişkiyi incelemek açısından idealdi. İkiz yıldızlar aynı gaz ve toz bulutundan oluştuğu için kimyasal yapılarının benzer olması gerekiyordu.

Yüksek oranda metal içeren kardeş yıldızlarla ilgili en önemli keşif ise, her iki yıldızın da gezegen sahibi olmasıydı ve bu astronomi tarihi açısından bir ilkti: Bilim adamları çift yıldız sistemlerinde gezegen olma ihtimalinin düşük olduğunu tahmin ediyordu. Çünkü yıldızların yerçekiminin mevcut gezegenleri yörüngeden çıkarması gerekirdi. Oysa bu yıldız sisteminde toplam üç gaz devi olmasına karşın hiç kayalık gezegen yoktu.

Bu durumda yıldızların atmosferinde yüksek sıcaklıklarda eriyen bol miktarda metal olmasının nedeni belliydi. Yamyam yıldızlar yüksek metal oranına bağlı olarak çift güneş sisteminde oluşan çok sayıdaki kayalık gezegeni yutmuştu. Hem de yakın zamanda! Bu olay milyarlarca yıl önce meydana gelseydi, gezegenlerin kalıntısı olan metaller yıldızın iç katmanlarına doğru çökecek ve atmosferde bu kadar yüksek oranda bulunmayacaktı.

Mack, Schuler ve Stassun, Güneş’e benzeyen sarı yıldızlardan oluşan bu çift yıldız sistemini yakından incelemeye karar verdiler. Uzayda hayat arayışında Dünya’ya benzer gezegenlerin oluşma ihtimalini değerlendirmek üzere, gezegen yiyen yamyam yıldızlara yakından göz atmaları gerekiyordu.

Sarı cüceler:

1 milyon 390 milyon km çapıyla Güneş sadece 12 bin km genişlikte olan Dünya’nın yanında gözümüze büyük geliyor; ama Evren’deki diğer yıldızlarla karşılaştırıldığında, Güneşimizin aslında G sınıfı bir sarı cüce olduğunu görüyoruz. Araştırmamıza konu olan HD 20781 ile HD 20782 yıldızları da Dünya benzeri gezegen bulundurma şansı olan fakat bu dünyaları yutan iki yamyam sarı cüce olarak ilgi çekiyor.

Bunlardan birinin yörüngesinde Neptün boyutunda iki gaz devi bulunuyor. Diğer yıldızın çevresinde ise eliptik yörüngede dönen ve Jüpiter büyüklüğünde olan bir gezegen var. Bu gezegen yörünge turu sırasında yıldıza çok yaklaşıyor ve Sıcak Jüpiter’e dönüşüyor. Uzaklaştığında ise Güneş Sistemi’ndeki Neptün gibi soğuk bir gaz devi haline geliyor.

Astronomlar Jüpiter benzeri büyük bir gaz devine sahip olan yıldızın 10 Dünya kütlesine denk gezegen yuttuğunu saptadılar. İki Neptün boyunda gezegen sahibi olan yıldızın ise 20 Dünya kütlesine denk gezegen yuttuğunu ortaya çıkardılar. Ancak yok olan gezegenlerin kütlesini bilmedikleri için, yamyam güneşlerin kaç gezegen yediğini tespit etmeleri mümkün olmadı.

Neden bir yıldız diğerinin iki katı gezegen yuttu?

Belki de obur yıldızın etrafında iki kat fazla gezegen vardı; ama bu durumda vereceğimiz en basit cevap aynı zamanda yanlış cevap olur: Yukarıda anlattığımız sebeplerle, çift yıldızların etrafında çok sayıda gezegen olamayacağını biliyoruz. Bu durumda bir yıldızın diğerinden iki kat fazla kayalık gezegene sahip olması zor görünüyor.

Öyleyse bu gizemi nasıl açıklayabiliriz? Öncelikle biraz mantık yürüterek: Her iki yıldız da başlangıçta az sayıda kayalık gezegene sahip olmalı. Ancak bunların bir kısmı süper dünya sınıfına giren ve Yeryüzünden iki kat kütleli olan büyük kayalık gezegenler olmalı. Belki 20 Dünya kütlesine denk gezegen yutan yıldızın çevresinde, iki kat olmasa da kardeşinden daha fazla sayıda gezegen dönüyordu. Bu açıklamayı kabul ettiğimiz zaman işimiz kolaylaşıyor.

Bir elin nesi var?

İki elin sesi var! Neptün boyundaki 2 gezegenin toplam çekim etkisi ve bunun yarattığı büyük dengesizlik, kendi yıldızlarına daha fazla gezegenin düşmesine yol açmış olmalı. Kısacası Jüpiter büyüklüğündeki gaz devi, iki küçük gezegenin sayı üstünlüğüne yenilmiş ve yıldızlardan biri daha fazla gezegen tüketmiş oluyor. Hatta Neptün boyundaki iki gezegenden yararlanan obur güneş, kardeş yıldızın yörüngesindeki kayalık gezegenlerden bir kısmını çalıp yemiş olabilir.

Mack bu kozmik kıyameti şöyle açıklıyor: “Yıldızın başlangıçta Dünya benzeri kayalık gezegenler oluşturduğunu hayal edin. Ayrıca Jüpiter gibi gaz devi gezegenler oluşturduğunu da düşünün. Kayalık gezegenler yıldıza yakın sıcak bölgede ve gaz devleri de gezegen sisteminin soğuk dış kesimlerinde oluşuyor. Ancak, gaz devleri oluşumunu tamamladıktan sonra iç kesimlere doğru göç ediyor ve bu sırada yerçekimi etkisiyle iç bölgedeki kayalık gezegenleri çekiştirmeye başlıyor.”

“Gaz devleri diğer gezegenleri yeterince çekiştirirse, kayalık gezegenlerin yıldızın içine düşmesine neden olabilir. Yıldıza yeterince kayalık gezegen düşerse, bunlar yıldızın atmosferinde teleskoplarımızla tespit edebileceğimiz kadar belirgin bir kimyasal iz oluşturacaktır.”

Dünya benzeri hayat yaygın mı, nadir mi?

Bu mantığa göre nadir. Samanyolu Galaksisi’ndeki yıldız sistemlerinin üçte birinin iki yıldız, üç yıldız veya daha fazla sayıda yıldız barındıran sistemlerden oluştuğunu düşünürsek bunu anlıyoruz.

Çoklu yıldız sistemlerinde az sayıda gezegen var veya bu tür sistemlerde az sayıda gezegen yamyam yıldızlardan kurtularak hayatta kalıyor. Bu da uzayda Dünya benzeri hayatın sanılandan nadir olduğu anlamına geliyor.

Yine de bu sorunun cevabını bilmiyoruz:

Mack’ın araştırdığı çift yıldız sistemindeki Jüpiter benzeri gezegen, güneşine Merkür’den daha fazla yaklaşıyor ve neredeyse yıldızı sıyırıp geçiyor. Neptün boyundaki diğer iki gezegen ise yıldızına 50 milyon kilometre uzakta dönüyor. Ancak asıl espri, uzayda metal bakımından zengin sarı cüce yıldızların ne kadar yaygın olduğunda yatıyor.

Bugüne kadar galaksimizde Güneş’in ikizini bulamadık. Güneş’e benzeyen yıldızlar var ama Güneş’e çok benzeyen sadece bir iki yıldız bulabildik ve bu yüzden, hayatın beşiği olan Dünyamızı ısıtan Güneş’in bile Evren’de istisna olup olmadığını bilmiyoruz.

Dolayısıyla uzayda Dünya benzeri gezegenlerin veya hayatın nadir olup olmadığı hakkında kesin bir şey söyleyemeyiz, çünkü elimizde yeterli sayıda istatistiksel veri yok. Belki de yazımızda anlattığımız çift yıldız sisteminde ve diğer çoklu yıldız sistemlerinde hayatta kalan başka kayalık gezegenler var. Belki de teleskoplarımızın gözü keskin olmadığı için seçemiyoruz bunları.

Uzay teleskopları:

Mack’ın gözlemlerinden yola çıkarak, atmosferinde yüksek miktarda metal bulunan Güneş benzeri sarı cücelerin kayalık gezegenlere sahip olma ihtimalinin düşük olduğunu söyleyebiliriz. Ancak kesin konuşmak için daha fazla yıldız sistemini gözlemlemek gerekiyor.

Sonuç olarak Evren’de düşük miktarda metal içeren Güneş benzeri sarı cüce yıldızların mı, yoksa yüksek metal içeren sarı cücelerin mi yaygın olduğunu öğrenmenin tek yolu daha güçlü teleskoplar inşa etmek.

2018 yılında fırlatılacak olan James Webb Uzay Teleskopu, keskin gözleriyle birkaç yüz ışık yılı uzaklıktaki en küçük gezegenlerin bile resmini çekerek bu sorunun cevabını verebilir. En azından Dünya benzeri gezegenlerin sayısını yaklaşık olarak tahmin edebilmemiz için yeterli veri sağlayabilir.

Her durumda, önemli olan güneş sistemlerinde ortalama kaç gezegen oluştuğunu bulmak değil. Önemli olan uzayda kaç kayalık gezegenin hayatta kalmayı başardığını bulmak. Buna hayat memat meselesi desek yeridir! : )

Alıntı