Skip to content Skip to navigation

Evrensel Dil: Atomik Tayf

Doç. Dr. Timur Şahin
28/11/2019 - 11:49

ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

İnsanlar binlerce yıldır evreni gözlemliyor ve yapısını anlamaya çalışıyor. Gökbilimle ilgilenen bilginler ilk başlarda gözlemlerini çıplak gözle yapıyordu. Daha sonraları teleskop gibi farklı cihazlar ve yöntemler kullanılmaya başlandı. Gökbilimciler tarafından gökcisimlerinin yapısını anlamak için yaygın olarak kullanılan yöntemlerden biri de tayfsal analiz tekniği.

Birçok gökcismi farklı dalga boylarında ışık yayar. Gökcisimlerinden gelen ışınlar frekanslarına ya da dalga boylarına göre analiz edilerek o gökcisminin tayfı elde edilir. Gökcisminin tayfı analiz edilerek sıcaklığı, hangi maddelerden oluştuğu, kütlesi, yoğunluğu gibi birçok özelliği hakkında bilgi sahibi olmak mümkün.

Bir gökcisminin tayfının elde edilmesi için tayfçeker adı verilen özel cihazlar kullanılıyor. Bu cihazlarda bulunan optik düzenekler sayesinde teleskoba ulaşan ışık demetleri frekanslarına göre ayrılıyor. Yani tayfçekerler teleskop yardımı ile toplanan ışığı bileşenlerine ayırıyor. Elde edilen farklı frekanslardaki ışık analiz edilerek gökcismi hakkında önemli bilgiler elde edilebiliyor. Bugün farklı türdeki yıldızların birçoğu bu yöntem ile keşfedildi.

Bir gökcisminin örneğin bir yıldızın tayfı kendisine ait parmak izi gibidir. Örneğin gökcisminden gelen ve tayf olarak kaydedilen ışık, çok uzaktan gelmesine rağmen, gökcisminin atmosferinde yer alan elementler hakkında bilgi verir.

Yıldızların merkezlerinin sıcaklığı çok yüksektir. Dünya'da laboratuvar ortamında ulaşılamayacak derecede yüksek sıcaklık ve basınç değerlerine sahip bu ortamlardaki elementler hakkında bilgi edinmek sadece astrofizikçiler için değil kimya, biyoloji, malzeme bilimi, mühendislik gibi başka birçok alanda çalışan araştırmacılar için de hayli önemlidir.

Tayflar, sadece gökcisimlerinin kimyasal yapısı hakkında bilgi vermez. Aynı zamanda içinde yaşadığımız Güneş Sistemi, gökadamız ve diğer tüm gökadaların oluştukları ilk dönemlerdeki kimyasal bileşimleri ve zamanla geçirmiş oldukları değişimler hakkında da önemli bilgiler sağlar. Bu anlamda tayf, evrenin yapısını anlama ve değerlendirme sürecinde yararlanılan evrensel bir dil gibidir. Bu fizik dili hem gökadaların kimyasal yapısını hem de evrenin nasıl oluştuğunu açıklamak üzere geliştirilmiş kuramların sınanmasında önemli bilgiler sağlar.

Güneş’in absorpsiyon tayfı

Örneğin evrenin ilk dönemlerinde oluştukları öngörülen parçacıkların varlığı yeryüzünde kurulu parçacık hızlandırıcılar kullanılarak sınanır. Ancak bu hızlandırıcılar elektromanyetik tayfın belirli enerji aralıklarında faaliyet gösterdiklerinden kısıtlı bilgi sağlayabiliyor. Bir yıldız tayfında ise elektromanyetik tayfın hemen her frekans bölgesine ait bir “iz” bulmak mümkün. Bu alanda çalışan astrofizikçiler (yıldız tayfbilimcileri olarak isimlendirilir) ise bu izleri mevcut fiziksel kuramlar ışığında değerlendirir. Yani taybilimcilerin, gözleyebildiğimiz evrenin farklı frekanslarda "anlatmış olduğu hikâyeleri” anlamak için bu dili etkin bir şekilde kullanması gerekir.

 

Çarpışan Nötron Yıldızı Çiftinden Gelen Yeni Bilgiler

Yakın zamanlarda Avrupa Güney Gözlemevi’nde (ESO) kurulu Çok Büyük Teleskop’ta (VLT) bulunan X-shooter tayfçekeri yardımıyla elde edilen tayfları analiz eden araştırmacılar, yeni oluşmuş ağır bir elementi ilk kez gözlemsel olarak tespit etti. Bu element, atom numarası 38 olan ve periyodik tabloda toprak alkali metaller gurubunda yer alan stronsiyum (Sr). Ağır elementlerin nötron yıldızı çarpışması sonucu oluşabildiğini gösteren bu gözlem, evrende kimyasal elementlerin nasıl oluştuğu bulmacasının kayıp parçalarından biriydi.

Stronsiyum yeryüzünde kayaçların yapısında doğal olarak bulunur. Aynı zamanda havai fişeklerdeki parlak kırmızı rengi verir. Stronsiyum ile genç ve yaşlı yıldızların tayflarında da sıklıkla karşılaşılır.

Demirden daha hafif elementler yıldızların çekirdeğinde oluşur. Demirden daha ağır elementlerin oluşması için atom çekirdeklerinin yeterince hızlı bir şekilde nötron yakalaması gerekir. Bu süreç hızlı nötron yakalama olarak adlandırılır. Hızlı nötron yakalama sürecinin gerçekleşmesi için çok sayıda nötron içeren çok sıcak ortamlara ihtiyaç vardır. Neredeyse tamamen nötronlardan oluşan nötron yıldızları, hızlı nötron yakalama sürecinin gerçekleşme olasılığı yüksek olan ortamlardan biridir. Demirden daha ağır olan yani kütle numarası demirden büyük olan stronsiyumun oluşması için hızlı nötron yakalama sürecinin gerçekleşmesi gerekir.

17 Ağustos 2017’de ABD’deki LIGO ve İtalya’daki Virgo dedektörleri kütleçekimsel dalga sinyalleri tespit etmişti. Gözlemler kütleçekimsel dalgaların kaynağının, iki nötron yıldızının çarpışması olduğunu gösterdi. Bu nötron yıldızı çarpışması olayı GW170817 olarak isimlendirildi.

Ortak kütle merkezi etrafında dolanan iki gökcisminin çevrelerinde oluşturdukları kütleçekimsel dalgaların temsilî gösterimi. Nötron yıldızı çarpışması, kütleçekimsel dalgaların yayılabileceği önemli kaynaklardan biridir.

Evrendeki demirden daha ağır elementlerin nötron yıldızı çarpışması sonucu oluşabildiği düşünüldüğünde bilim insanları bu ağır elementlere ait izlere, nötron yıldızı çarpışması sonrasında rastlayabileceklerini düşündü ve nötron yıldızı çarpışmasından sonra oluşan ve kilonova olarak isimlendirilen patlamaları tespit etmeye çalıştılar.

Kilonova patlamasından sonra farklı dalga boylarında ışınlar yayılıyor. X-shooter tayfçekeri morötesinden yakın kızılötesi bölgeye görece geniş bir dalga boyu aralığında tayf alınmasına imkân sağlıyor. Çarpışma sonrası gerçekleşen kilonova patlamasının ardından X-shooter tayfçekeri yardımıyla alınan tayf analizinde stronsiyum elementi tespit edildi.

Özetle, tayfın evrende anlatacağı hikâyelerin sayısı her geçen gün artıyor.

Kaynaklar:

 
Yazar Hakkında:
Doç. Dr. Timur Şahin
Akdeniz Üniversitesi Uzay Bilimleri ve Teknolojileri Bölümü

İlgili İçerikler

Gökbilim ve Uzay

Haziran ayında çıplak gözle görülebilen tüm gezegenleri gözlemleme fırsatı bulabilirsiniz.

Gökbilim ve Uzay

Uluslararası bir araştırma grubu, nötrinoların ve antinötrinoların birbirlerine dönüşme süreçleri arasında belirgin farklar tespit etti.

Gökbilim ve Uzay

Uluslararası Uzay İstasyonu’nda yapılan çalışmalar sonucunda mezosfer deliklerini aydınlatan yeni bir tür “kutup ışığı” keşfedildi.

Gökbilim ve Uzay

Kaliforniya Teknoloji Enstitüsünde çalışan bir grup araştırmacı da 2012 yılında tamamlanan Rossi X-Işını Zamanlama Kâşifi (RXTE) görevi sırasında toplanan verilerde karadelikler tarafından hareket yönü tersine çevrilen ışık ışınlarının izlerine rastlamışlar. 

Gökbilim ve Uzay

Son günlerde gökyüzünde ip gibi dizilmiş parlak noktaların geçişine tanık olmuş olabilirsiniz. Bu durumun nedeni, fütüristik projeleriyle bildiğimiz Elon Musk’ın sahip olduğu SpaceX şirketi tarafından geliştirilen Starlink projesi.

Gökbilim ve Uzay

Mayıs ayında Merkür ve Venüs’ü gün batımından sonra; Mars, Satürn ve Jüpiter’i ise gün doğumundan sonra gökyüzünde görebilirsiniz.

Gökbilim ve Uzay

TÜBİTAK tarafından düzenlenen canlı bilim söyleşilerinin dördüncüsü, 7 Mayıs 2020 tarihinde saat 17.00’de TÜBİTAK Bilim Genç YouTube kanalında canlı olarak yayınlanacak. 

Gökbilim ve Uzay

Güneş panellerinden yansıyan ışıklar sayesinde uyduları geceleri gökyüzünde rahatça görmek mümkün. Uydulardan yansıyan bu ışık, ışığa duyarlı gözlem aletleri tarafından da algılanıyor ve bu durum bazen verilerde bozulmalara sebep olabiliyor.

Gökbilim ve Uzay

Dünya’dan Mars’a gitmek için neden belirli zamanlar daha uygun diye merak etmiş miydiniz?

Gökbilim ve Uzay

Bu soruyu cevaplayabilmek için ilk olarak ısının nasıl yayıldığını anlamamız gerekir. Isı ışıma, iletim ve konveksiyon olmak üzere üç yolla yayılır.