Skip to content Skip to navigation

Evrendeki Karbonun Kaynağı

Dr. Tuba Sarıgül
04/12/2014 - 12:12

Karbon yaşayan organizmaların kimyası için hayli önemli bir element ve yeryüzünde bolca bulunmasa da diğer elementlerle oluşturduğu bileşikler doğanın her alanına yayılmış durumda. Örneğin su çıkarıldıktan sonra insan vücudunun yaklaşık % 60’ını karbon-12 oluşturuyor.

Sahip oldukları hidrojenin çoğunun helyuma dönüşmesi sonucu ömürlerinin sonuna gelen yıldızların merkezleri içe doğru çökerken sıcaklıkları ve yoğunlukları artmaya başlar. Yıldızların merkezindeki sıcaklık 15 milyon kelvini aştığında, iki helyum çekirdeği (4He2+ yani α parçacığı) içerdikleri pozitif yüklü protonlar nedeniyle oluşan elektriksel itme kuvvetini yenmelerine yetecek enerjiye ulaşır. Bu helyum çekirdekleri uygun bir enerji ile çarpıştıklarında birleşerek berilyum çekirdeği (8Be) oluşturur. Ancak son derece kararsız olan berilyum çekirdeğinin yarı ömrü 10-17 saniyedir ve bozunduğunda tekrar iki helyum çekirdeğine dönüşür. Var oldukları bu kısa sürede berilyum çekirdekleri başka bir helyum çekirdeğiyle çarpıştığında, uyarılmış bir karbon-12 atomu oluşabilir. Üçlü alfa süreci adı verilen bu tepkime, yıldızın merkezinin sıcaklığı 100 milyon kelvini aştığında gerçekleşmeye başlar.

 

Karbon-12’nin yıldızlardaki oluşum sürecini açıklamak amacıyla üç helyum çekirdeğinin eşzamanlı olarak birbirleriyle çarpışıp yıldızın merkezinde doğrudan oluştuğunu öne süren bazı kuramlar ortaya atılmış olsa da, bu mekanizmalar evrendeki karbon miktarını açıklamak için yeterli değil. 1952’de ABD’li araştırmacılar Öpik ve Salpeter, karbon-12’nin oluşumunu açıklayan iki basamaklı bir mekanizma öne sürdü. Bu mekanizmanın birinci basamağında iki helyum çekirdeği berilyum çekirdeğini oluşturmak üzere çarpışıyor, ikinci basamağında ise berilyum çekirdeği başka bir helyum çekirdeği ile çarpışarak karbon çekirdeğini oluşturuyor. Ancak berilyum-helyum çarpışmasında maksimum etkileşme, karbon-12’nin temel haline karşılık gelen enerji seviyesinde gerçekleşmiyor. Bu nedenle evrende gözlenen karbon-12 miktarını açıklamak için farklı bir mekanizma önerilmesi gerekiyordu.

İngiliz astronom Fred Hoyle berilyum-helyum çekirdeklerinin birbirlerini en fazla karbon-12’nin uyarılmış bir haline karşılık gelen enerjide “gördüğünü” öneren bir kuram ortaya attı. Helyum-berilyum çarpışmasında etkileşme ihtimalleri enerjiye bağlı. Karbon-12’nin uyarılmış halinin enerjisinde,  berilyum-helyum çarpışması ihtimali maksimum oluyor. Tabii bunu belirleyen de temel kuvvetler. Burada ilginç olan nokta şu: Bu çarpışma ihtimali başka bir enerjide maksimum değer alsaydı karbon-12 oluşamazdı. Çarpışma ihtimalinin maksimum olduğu karbon-12’nin yüksek enerjili bu haline “Hoyle durumu” adı verilir. Hoyle durumundaki karbon-12 çekirdeği kararsızdır ve gama ışıması yaparak kararlı bir çekirdek olan temel haldeki karbon-12 çekirdeğine dönüşür. Evgeny Epelbaum ve arkadaşları Physical Review Letters dergisinde yayımlanan çalışmalarında Hoyle durumunun varlığını kuramsal olarak ispatladı.

1

İlgili İçerikler

Fizik

Deneyler köşesinin yeni etkinliğinde Faraday kafesinin çalışma prensibini ve günlük hayatımızda nerelerde kullanıldığını öğreniyoruz.

Fizik

Bu etkinliğimizde maliyeti uygun malzemeler kullanarak sabit makaralar, kaldıraç ve tekerleklerden oluşan ve bir bileşik makine olan “lastik tekerlekli vinç” düzeneği tasarlayacağız.

Fizik

Deneyler köşesinin bu etkinliğinde basit bir kondansatör tasarlayıp birçok elektrik devresinde kullanılan bu elektronik devre elemanının çalışma prensibini öğreniyoruz.

Fizik

Yenilenebilir enerji kaynaklarının başında güneş enerjisi geliyor. Ancak güneş ışığından aldığı enerjiyi elektriğe dönüştüren geleneksel fotovoltaik gözeler sadece gündüzleri çalışıyor. Gündüzleri elde edilen enerjiyi geceleri kullanabilmek içinse başka enerji biçimlerine dönüştürüp depolamak gerekiyor.

Fizik

Fren pedalına hafif bir dokunmayla, yüklü bir kamyonun nasıl durduğunu öğrenmek ister misiniz? Sürücü tarafından fren pedalına uygulanan kuvvet, fren hidroliği tarafından balatalara iletilir. Balatalar da tekerleklerle bağlantılı fren disklerini sıkıştırarak aracın yavaşlamasını ve durmasını sağlar.

Fizik

Yarasalar ilgi çekici bir özelliğe sahip: Ses dalgalarını kullanarak tamamen karanlık bir ortamda çevrelerindeki nesnelerin yerini belirleyebiliyorlar. Görme engelli bazı insanların da bu özelliğe sahip olduğu biliniyor.

Fizik

Tasarla ve Yap köşesinin bu etkinliğinde maliyeti uygun malzemeler kullanarak elektrik enerjisi elde edip enerjiyi ışık, hareket ve ses enerjisine dönüştüren bir düzenek tasarlayacağız.

Fizik

Su, elektrik enerjisi kullanılmadan bulunduğu yerden daha yükseğe nasıl taşınabilir? Arşimet bu sorunu milattan önce üçüncü yüzyılda icat ettiği Arşimet vidası ile çözmüştü. Deneyler köşesinin bu etkinliğinde, Arşimet vidası tasarlayarak suyu yukarı taşımak amacıyla kullanılabilecek bir pompa yapıyoruz.

Fizik

Bilim Genç olarak ODTÜ Saçılmalı Demet Hattı ve İVME-R’de yürütülen çalışmalarla ilgili ODTÜ Fizik Bölümü Öğretim Üyesi ve İVME-R Müdürü Prof. Dr. Bilge Demirköz ile bir söyleşi gerçekleştirdik.

Fizik

Bundan yüzyıllar önce Dünya’nın kendi etrafında dönüp dönmediği, ayrıca Dünya’nın mı Güneş’in etrafında yoksa Güneş’in mi Dünya’nın etrafında dolandığı bilim insanları arasındaki en hararetli tartışma konularından biriydi.