Beyaz cüce yıldız kozmik elmasa dönüşüyor: 'Esrarengiz bir gençlik iksiri'

Michelle Starr*

Bizim açımızdan, yıldızlar, gece göğünün kadifemsi karanlığında soğuk bir biçimde ışıldayan işlenmiş mücevherlere benzeyebilir. Kimileri için bu aslında bir yere kadar doğru da olabilir.

Belirli bir ölü yıldız türü, soğuma sürecinde ağır ağır sertleşir ve kristale dönüşür. Gökbilimciler, kozmik arka bahçemizde, bize sadece 104 ışık yılı mesafede, temelde karbon ve metalik oksijenden meydana gelen, ısı-kütle profili, yıldızın çekirdeğinin yoğun ve sert kristalleşmiş karbon ve oksijenden oluşarak ‘kozmik elmas’ bir yapıya dönüştüğünü gösteren beyaz bir cüce yıldız keşfetti. Keşif, Kraliyet Astronomi Derneği’nin (Royal Astronomical Society) aylık bültenine kabul edilen ve makalelerin ön baskılarının yayınlandığı arXiv’de paylaşılan bir makalede ayrıntılı biçimde aktarıldı.

Avustralya’nın Güney Queensland Üniversitesi’nden Alexander Venner öncülüğündeki uluslararası bir gökbilim ekibi, “Bu makalede, daha önceden bilinen üçlü HD 190412’ye eşlik eden kristalleşme aşamasındaki bir beyaz cüce eşlikçiden oluşan, bize 32 parsek** mesafede, Sirius benzeri yeni bir dörtlü sistemin keşfini beyan ediyoruz. Bu, ana dizi eşlikçileriyle olan ilişkisi sayesinde, gördüğümüz, toplam yaşı harici biçimde hesaplanabilen, ilk kristalleşen beyaz cüce yıldızı; bunun yanı sıra, beyaz cücede çekirdek kristalleşmesinin yol açtığı bir soğuma gecikmesini ampirik olarak ölçmeye çalıştığımız bir vaka" bilgisini paylaştı. 

BEYAZ CÜCE YILDIZLAR LOŞTUR AMA PARLAMAYI SÜRDÜRÜRLER

Evrendeki her şey değişmek zorundadır. Gök kubbede asılı duran ve atom füzyonunun ürettiği ışıkla parıldayan her yıldızın bir gün alevleri için gereken yakıtı tükenecek ve yeni bir şeye dönüşecek. Güneş’in kütlesinin yaklaşık sekiz katının altındakiler ve Güneş dahil olmak üzere, yıldızların büyük kısmı bağlamında, bu şey bir beyaz cüce yıldızdır.

Yakıt tükendiğinde, yıldızın dış katmanı etraftaki boşluğa fırlatılır ve artık füzyonun sağladığı dışa doğru basınçla desteklenmeyen ancak 1,4 Güneş büyüklüğündeki bir kütleye sahip olan çekirdek, dünyanın (veya Ay’ın) boyutlarına sıkışır.

Beyaz cüce yıldızlarda tutulan madde yüksek oranda sıkışmış olsa da ‘elektron dejenerasyon basıncı’ adı verilen bir olgu sayesinde daha fazla içe çökmeden kalır. Hiçbir elektron çifti aynı durumları işgal edemez ve bu durum beyaz cücenin bir nötron yıldızı ya da kara delikte görüldüğü şekilde daha da yoğunlaşmasını önler.

Beyaz cüce yıldızlar loştur; buna karşın yine de artık ısıyla parlamayı sürdürürler. Zaman geçtikçe soğurlar ve tüm ısılarını yitirerek soğuk bir kristalleşmiş karbon yığını haline geldiklerinde, ‘siyah cüce yıldızlar’ adı verilen bir cisme dönüşmeleri beklenir. Hesaplamalar, bu sürecin yaklaşık katrilyon yıl (bir milyon kere milyar yıl), yani çok uzun sürdüğünü gösteriyor; evren yalnızca yaklaşık 13,8 milyar yaşında olduğundan, yakın zamanda bunlardan birine rastlamayı beklemiyoruz. Yapabileceğimiz şey, çevremizde gördüğümüz beyaz cücelerin çekirdeklerinden başlayarak kristalleşme belirtilerini saptamak olabilir.

ESRARENGİZ BİR GENÇLİK İKSİRİ

Kristalleşme esnasında, beyaz cücenin içinde bulunan karbon ve oksijen atomları serbestçe hareket etmeyi bırakır, aralarında bağlar kurup kendilerini bir kristal kafes haline getirir. Bu işlem sırasında dağılan enerji ısı olarak açığa çıkar. Bu, yıldızın renginde ve parlaklığında gözlemlenebilen ve gerçekte olduğundan daha genç görünmesini sağlayan, beyaz cüce yıldızların soğuma sürecinde yaşanan bir tür plato etkisi ya da yavaşlama durumu yaratır.

Bir yıldızın parlaklığını isabetli biçimde ölçebilmek için bir şeyin ne kadar uzakta olduğunu kesin biçimde bilmeniz gerekir; bu ihtiyaç, NASA’nın Gaia görev birimi tarafından gerçekleştirilen yüksek hassasiyetli yıldız haritalaması sayesinde son yıllarda çok daha mümkün bir hale geldi. Bu ilerleme, artık kristalleşen beyaz cüceleri çok daha güvenilir biçimde sınıflandırabileceğimiz anlamına geliyor.

Venner ve meslektaşları, Gaia verilerini, diğerleriyle ilişkisi muğlak olan yıldızları saptayarak çoklu yıldız sistemlerini araştırmak amacıyla kullanıyordu. Kısa süre önce keşfedilen bir beyaz cüce yıldızın (çok loş olduklarını unutmayın), kütleçekimsel olarak ‘HD 190412’ diye bilinen ve üç yıldızlı bir sistem olduğu düşünülen bir gruba bağlı olduğunu açığa çıkardılar.

TÜRÜNÜN GÖZLEMLENEN İLK ÖRNEĞİ

Artık ‘HD 190412 C’ diye anılan beyaz cücenin keşfi, üçlü yıldız takımını dörtlü takıma çevirdi; bununla birlikte, daha fazlası vardı. Sahip olduğu özellikler, onun bir kristalleşme sürecinden geçmekte olduğunu gösteriyordu. Bu beyaz cüce kristalinin ‘elmas’ olup olmadığı henüz bilinmiyor; beyaz cücelerin yoğunluğu metreküp başına yaklaşık 1 milyon kilogramdan fazlayken, elmasın yoğunluğu metreküp başına yaklaşık 3.500 kilogramdır. Daha yoğun karbon allotropları da mevcut; diğer yandan, uzay boşluğunda amaçsızca salınan bol miktarda elmas var.

Yıldız sistemindeki diğer üç yıldız, araştırma ekibinin beyaz cücenin yaşını dışarıdan ölçmesine imkân tanıdı; bu, kristalleştiği bilinen bir beyaz cüce üzerinde daha önce gerçekleştirilmemiş bir ölçümdü.

Sistemin yaşı yaklaşık 7,3 milyar yıl. Beyaz cücenin yaşının ise yaklaşık 4,2 milyar yıl olduğu anlaşılıyor. Araştırmacılar, buradaki tutarsızlığın 3,1 milyar yıla denk geldiğini ve kristalleşme oranının, beyaz cücenin soğuma hızını yaklaşık 1 milyar yıl yavaşlattığını düşündürdüğünü belirtiyor.

Kendi bağlamında, tarihlendirme işlemi, beyaz cüce kristalleşme modellerimizi değiştirmek için yeterli değil; fakat yapılan keşif ve dünyaya olan yakınlığı, bu büyüleyici süreci kıyaslamak amacıyla kullanabileceğimiz daha pek çok sistemin var olabileceğini gösteriyor.

Araştırmacılar, makalede, “Bu sistemin yalnızca 32 parsek mesafede keşfedilmesinin, kristalleşen beyaz cüceler barındıran diğer Sirius benzeri sistemlerin sayısının çok fazla olabileceğini düşündürdüğünü savunuyoruz. Hâl böyleyken, gelecekte yapılacak keşifler, beyaz cüce kristalleşme modellerinin daha güçlü biçimde sınanmasına imkân tanıyabilir. HD 190412 sisteminin keşfedilmesinin, kristalleşen beyaz cüceleri anlamak doğrultusunda yeni bir yol açtığı sonucuna ulaştık" bilgisini paylaştı.

Araştırma, Kraliyet Astronomi Derneği’nin aylık bültenine kabul edildi ve arXiv adlı bilimsel ön baskı sitesinde paylaşıldı.

*Bilim ve teknoloji haberleri editörü

**1 parsek, 3,26 ışık yılı mesafeye tekabül eder.

Yazının orijinali Science Alert sitesinden alınmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)