Beyaz Cücelerin Kara Cüceye Dönüşme Serüveni

Bir kara cüce benzetimi

Güneş benzeri yıldızlar, yakıtlarını tükettiklerinde patlayarak dış kabuklarını atar ve yıldızın etrafı gezegenimsi bulutsu adı verilen toz ve gaz bulutuyla çevrelenir. Geriye ise beyaz cüce olarak adlandırılan çekirdekleri kalır. Bu tür çekirdekler, genellikle küçük kütleli yıldızların artıkları olduklarından bu aşamaya gelmeleri çok uzun sürer. Örneğin Güneş için bu süre yaklaşık 10 milyar yıldır. Güneş'ten biraz daha büyük kütleli yıldızların beyaz cüce haline gelmeleriyse daha kısa (birkaç milyar yıl kadar) sürer. Bu zaman değerleri, sadece yıldızların beyaz cüce haline gelmesi için gereken süreyi gösterir. Şimdi gelelim kara cüceye.

NASA, ESA, HEIC, STScI/AURA - Bir gezegenimsi bulutsu olan Kedi Gözü Bulutsusu’nun (NGC 6543) Hubble Uzay Teleskobu tarafından çekilen görüntüsü

Beyaz cüceler, görülemeyecek kadar soğuduklarında kara cüce haline gelirler. Şu ana kadar böyle bir cisim gözlenmemiştir. Peki, neden? Bu soruyu cevaplayabilmek için beyaz cücelerin ne kadar sürede soğuyarak kara cüce haline geleceklerini bilmek gerekir. İdeal olarak bir kara cücenin sıcaklığının evrenin ortalama sıcaklığına (−270,42°C) yaklaşacak kadar düşmesi beklenir. Bilinen beyaz cücelerin bu kadar soğumasıysa çok uzun zaman alacaktır. Ancak bir beyaz cücenin bu kadar soğumasını beklemeden de gözlemsel verilere ve kuramsal hesaplamalara dayanarak bir tahmin yapabiliriz.

Güneş gibi bir yıldız, beyaz cüce haline geldiğinde geriye kalan çekirdek Güneş'in kütlesinin yaklaşık yarısı kadar olacaktır. Yeni oluşan ve bir gezegenimsi bulutsu içinde yer alan beyaz cücelerin sıcaklıkları yüz bin santigrat derece ölçeğinde iken farklı soğuma süreçleri ile sıcaklıkları düşmeye başlar. Bu gökcisimlerine beyaz denmesinin sebebi, ilk keşfedilen birkaç beyaz cücenin sıcaklığının yaklaşık 10.000°C ve renklerinin “beyaz” olmasıdır. Başlangıçta çok yüksek sıcaklıklarda olan beyaz cüceler, ilk zamanlarda çok hızlı soğuduklarından kısa sürede (beyaz cücenin yapısında hangi elementten hangi oranda bulunduğuna bağlı olmakla birlikte birkaç milyar yıl içinde) sıcaklıkları 10.000°C’lere gelir. Şu anda gözlenen beyaz cücelerin de önemli bölümü bu sıcaklıklara sahiptir. Beyaz cüceler soğumaya devam ettikçe renkleri değişmeye başlar. Şu ana kadar gözlenen en soğuk beyaz cücenin sıcaklığı yaklaşık 2700°C’dir ve turuncu-kırmızı renktedir. Bu tür gözlemler beyaz cücelerin aslında çok yavaş soğuduklarını ortaya koyuyor.

NASA, ESA, H. Bond (STScI) and M. Barstow (University of Leicester) - Bir beyaz cüce olan Sirius B

Kuramsal hesaplamalar, Güneş benzeri bir yıldızın beyaz cüce haline geldikten sonra sıcaklığını sadece 7500°C’ye düşürmesi yani soğuması için 1,5 milyar yıl geçmesi gerektiğini gösteriyor. Beyaz cücelerin kara cüceye dönüşecek kadar soğumaları içinse 10 milyar yıldan fazla süre geçmesi gerekir. Beyaz cüceye dönüşene kadar geçen süreyi de göz önüne alırsak Güneş benzeri bir yıldızın kara cüce haline gelebilmesi için evrenin yaşının (yaklaşık 13,7 milyar yıl) çok üstünde bir sürenin gerekli olduğunu söyleyebiliriz. Bu nedenle, kuramsal hesaplamalar ve gözlemler, şu anda 2000°C’den daha soğuk beyaz cüce görmemizin çok da mümkün olmadığını ortaya koyuyor. Artık kara cüce gözleyebilir miyiz, siz düşünün!

Kaynaklar:

• Kaplan, David L. ve ark., “A 1.05 M ⊙ Companion to PSR J2222-0137: The Coolest Known White Dwarf?”, Astrophysical Journal, Cilt 789, Sayı 2, s. 119, 2014.
• Camisassa, María E. ve ark., “Updated Evolutionary Sequences for Hydrogen-deficient White Dwarfs”, Astrophysical Journal, Cilt 839, Sayı 1, s.11, 2017.
• Hansen, Brad M. S., Liebert, James, “Cool White Dwarfs”, Annual Review of Astronomy & Astrophysics, Cilt 41, s. 465, 2003.