Evrenin Kimyasal Tarihi
Fotoğraf – 1 : NASA/ESA/G. Dubner et al./A. Loll et al./t.Temim et al./ F. Seward et al./VLA/NRAO/AUI/NSF/ Chandra/CXC/Spitzer/JPL-Caltech/ SMM-Newton/ESA/Hubble/STScl
Periyodik Tablodaki Yıldız Haritalaması
Yaklaşık on yıl önce; karanlık madde, gaz dinamikleri ve uzak galaksilerin gözlemleri gibi çeşitli disiplinlerden uzmanlar, Samanyolu’nun tarihini çözmek için “Back to the Galaxy II (Galaksi II’ye Geri Dönüş)’’ adlı bir konferans için bir araya geldi. Baryum(Ba) atomlarının Evropiyum(Eu) atomlarına oranı konusunda heyecanlanan ve silikon miktarı ile demir miktarını karşılaştırarak öğrenebileceklerimize olan ilgimizi gizlemeyecek araştırmacıların olduğu bu rengarenk gruba dahil, benim katıldığım neşeli bir grup vardı. Meslektaşlarımız; yıldızların kimyasal bileşimleri üzerine yapılan yeni araştırmaların çatışması altında, astrofiziksel süreçlerdeki elementlerin oluşumunu öğreniyorlardı. “Bu element nereden geliyor ve onu araştırarak ne öğrenebiliriz?” tekrarlanan bir soruydu. Inese Ivans ve ben yeterince duymuştuk: Utah Üniversitesi’nden arkadaşım ve ben; Carl Sagan’ın klasik “Biz yıldız hammadesinden yapılmayız” (Dilimize ‘’Hepimiz Yıldız Tozuyuz’’ şeklinde yerleşmiştir.) sözünü selamlayarak, bu elementleri ne tür yıldızların ürettiğini vurgulamak istedik.
Yakındaki bir eczaneden bir dizi sihirli kalem (işaretleyici) aldık; periyodik tablonun bir çıktısıyla donatılmış olarak, her birinin nasıl yaratıldığına göre renk kodlamasıyla, evrendeki her elementin fiziksel kökenini tanımlayan çalışmaya başladık. Sihirli kalemlerin şişman uçları bize tüm yüzdeleri tam olarak doğru elde etme konusunda endişelenmeme özgürlüğü sağladı. Ayrıntılarda boğulmamayı başardık ve konferansın geri kalanı için, ilgilenen gökbilimciler doğrultusunda elle açıklanmış bir versiyon ürettik.
Inese ile yaptığımız grafik, bir asırlık işi özetleme yolumuzdu. 1920’de, ilk olarak Sir Arthur Eddington hidrojenin helyuma nükleer füzyonunun Güneş’e güç verdiğini öne sürdü. Yirmi yıl sonra, Nobel ödüllü Hans Bethe, gerçekte Güneş’i parlatabilen nükleer füzyonu hesap edebilmek için yeni nükleer fizik verilerini kullandı. Ancak yıldızların enerji kaynağı ile evrendeki gazın, yıldızların ve gezegenlerin kimyası arasındaki bağlantı; bilim adamların yıldızları anlamadıkları için değil, atomların çekirdeklerini anlamadıkları için gözden kaçırıldı.
1950’lerde Margaret ve Geoff Burbidge, Fred Hoyle ve Willy Fowler’ın inatçı çalışmaları, helyumun ötesindeki elementlerin yıldızlarda kaynaştığını ve yıldız ölümü sırasında evrene yayıldığını kesin olarak göstermek için gerekliydi. Fowler’ın Nobel Ödülü alıntısında listelenen zaferlerinden biri, lityum, berilyum ve bor gibi can sıkıcı elementleri atlayarak helyumu karbona kaynaştırmanın mümkün olduğunu göstermesiydi.
1960 yılına kadar geniş resim yerinde olmasına rağmen, grafiği o dönemin bilgisine göre renklerle kodlamış olsaydık, neredeyse tüm detayları yanlış anlardık. Beyaz cücelerin patlamasının demir üretmesi ve güneş-kütlesindeki yıldızların en erken jenerasyonlarının kurşun üretmesi keşifleri gibi temel aşamalar kümeleniyordu. Yıldızların bileşimi, ölen yıldızların yaydığı gazlar ve radyoaktif elementlerin bozunmasıyla üretilen ışık parlamaları ile ilgili gözlemler; Inese ve benim 2008’de turkuaz, turuncu ve sarı lekelere dönüştürdüğümüz veri tablolarını üretmek için yıldızların içinde beklenen füzyonun, karmaşık bilgisayar modellerinin tahminleri ile birleştirildi.
Bir yıl öncesine kadar kimse mücevherdeki altının nereden geldiğinden emin değildi. Şimdi nötron yıldızlarının birleşmesinden kaynaklandığını biliyoruz.
Ortalama bir gökbilimcinin periyodik tablodaki üç elementi tanıdığı şakasını seviyorum: hidrojen, helyum ve “metaller”. Evet, kimyagerlerin aksine; gökbilimciler sadece altın, kalay, gümüş ve bakırdan değil, metal olarak oksijen, neon ve klordan da söz ederler. Elementleri “Esas olarak Büyük Patlama’da oluşanlar” ve “diğer her şey” arasında ayırmanın bir yolu olarak, isimlendirme şeması gerçekten iyi çalışıyor. Fakat tabii ki evren o kadar basit değil. Farklı kütlelere ve bileşimlere sahip yıldızlar oluşup öldükçe, Samanyolu’nun gazını geniş ve sürekli değişen bol miktarda elementle zenginleştirdiler. Bir yıldızın atmosferi, yıldızların yüzeylerine kazınmış bir fosil kaydı olan doğum gazının korunmuş bir örneğidir; ve yıldız atalarının nükleosentezlerinin toplamıdır. Kimyasal parmak izini çözebilirsek, daha önce gelen yıldızları öğrenebiliriz. Şimdiye kadar var olan büyük kütleli yıldızların sayısını, kara delikleri sayarak ölçmek kolay değildir. Fakat kara delikler oluşurken biriken “kusmuğu” gözlemlemek çok daha kolaydır. Galaksimizdeki yıldızların ve gazların kimyasal bileşimi üzerine yapılan son ve devam eden çalışmalar nedeniyle, infografiğimiz yeni keşifler ve yakın zamanda edindiğim Photoshop becerilerinin uygulanmasıyla gelişmeye devam ediyor. Mevcut sürüm (yukarıda), 2017’de American Astronomical Society’nin kış toplantısında düzenlenen bir basın toplantısında ilk kez sahneye çıktı, burada 2008’den beri evrenin haritasını çıkaran Sloan Digital Sky Survey işbirliğinin (SDSS) son sonuçlarını sunan bir takımın parçasıydım. SDSS kısa süre önce, Dünya’daki yaşamdaki en yaygın altı element dahil olmak üzere 100.000’den fazla yıldızın bileşimini ölçtü. Ayrıca, orijinalinde olduğu gibi, gerçekten teknik insanlar için bir boyama projesi gibi görünmeyen bir şeye ihtiyaç vardı. Elementlerin kökeninin hikayesi tamamlanmış olmaktan uzaktır. Photoshop dosyasını değiştirebilmek için elimde tutuyorum. İlk düzenleme, çarpışan nötron yıldızlarından kaynaklanan yerçekimi dalgalarının tespit edilmesiyle 2017 sonbaharında geldi. Yerçekimi dalgaları ve ışığın sonradan çalışılması, bu olağandışı yıldız patlamalarının çok miktarda altın ve r-süreci elementlerini (nötronların hızlı bir şekilde yakalanmasıyla oluşan) dışarı pompaladığı teorisini doğruladı. Bir yıl öncesine kadar kimse mücevherdeki altının nereden geldiğinden emin değildi. Şimdi nötron yıldızlarının birleşmesinden kaynaklandığını biliyoruz.
Şimdiyse belirsizlik bulutu en güçlü şekilde, ortada yer alan kalay, molibden ve en favori elementim olan arsenik gibi elementlerin üzerinde asılı duruyor. Yıldızları güçlendirmenin çözüm yolu olmayan veya çok şiddetli patlamalarda üretilmeyen elementler muhtemelen çeşitli yerlerde küçük miktarlarda üretildiğinden, onların kesin kanıtını bulmak zordur. Inese ve ben bu elementleri renklendirmek için en iyi tahminimizi yaptık, Gaia uydusu tarafından toplanan yüz milyonlarca yıldızın verileriyle birleştirilen spektrograflar tarafından toplanan muazzam veri kümeleri sayesinde, periyodik tablonun hem basit hem de uç elementlerinin bu yıldız kombinasyonlarını ürettiğini tespit edebileceğiz.
Kaynak : americanscientist.org
