Yıldızların Yaşı Nasıl Tahmin Ediliyor?

Bir yıldızın kütlesini ve bileşimini hesaplamak görece kolaydır. Yıldızın kütlesini hesaplamak için önce uzayda takip ettiği rota ve yörünge periyodu tespit edilir, daha sonra da birkaç basit hesap yapılır. Yıldızın bileşimini tespit etmek içinse yıldızdan yayılan ışık incelenir. Her bir atomun yaydığı ışığın spektrumu kendine özgü olduğundan, elde edilen sonuçlar yıldızı meydan getiren atomların türü ve miktarı hakkında bilgi verir. Yıldızların yaşını tahmin etmekse çok daha zordur. Günümüzde yıldızların yaşını tahmin etmek için kullanılan üç yöntem var.

Hertzsprung-Russell Diyagramları   

Tüm yıldızlar yaşamları sırasında hidrojen yakmak, helyum yakmak, şişmek, küçülmek ve patlamak gibi çeşitli aşamalardan geçer. Bir yıldızın hangi aşamalardan geçeceği, kütlesine bağlı olarak değişir. Hangi aşamanın ne zaman başlayacağını tahmin etmekse kolay değildir. Büyük kütleli yıldızlar yakıtlarını çabuk tüketir, genç ölür. Güneş gibi küçük yıldızlarsa yakıtlarını daha yavaş tüketir, uzun yaşar.

HR diyagramlarının bir örneği. Bir yıldız kümesindeki yıldızlar HR diyagramı içinde konumlandırıldıklarında kümenin yaşına bağlı olarak farklı örüntüler oluşturur. 

20. yüzyılın başlarında Ejnar Hertzsprung ve Henry Norris Russell, yıldızların sıcaklık ve parlaklıklarına göre konumlandırıldığı, bugün kısaca HR diyagramları olarak adlandırılan diyagramları hazırlamaya başladılar. Bu diyagramlarda Güneş gibi hidrojen yakmakta olan yıldızlar ana kol olarak adlandırılan bir yay üzerinde yer alır. Hidrojeni tüketip yeni bir aşamaya geçen yıldızlarsa ana koldan yavaş yavaş ayrılmaya başlar. Ana koldan ilk ayrılmaya başlayan yıldızlar yakıtlarını görece daha hızlı tüketen en büyük kütleli yıldızlar, en son ayrılanlarsa yakıtlarını görece yavaş tüketen en küçük kütleli yıldızlardır.

Bugün gök bilimciler HR diyagramlarını “yıldız kümelerinin” yaşını tahmin etmek için kullanıyor. Bir yıldız kümesindeki yıldızlar HR diyagramı içinde konumlandırıldıklarında farklı yaşlardaki kümeler, kuramsal yöntemlerle tahmin edilebilen farklı örüntüler oluşturur. Bu durum, belirli bir yıldız kümesindeki yıldızların parlaklıklarının ve sıcaklıklarının tespit edilmesinden sonra HR diyagramları yardımıyla kümenin yaklaşık yaşının tahmin edilmesine imkân verir. Bir yıldız kümesindeki yıldızların tamamı aynı zamanda oluşmaz. Ancak oluşma zamanları arasındaki fark yıldızların yaşlarına kıyasla küçüktür. Dolayısıyla kümenin yaşının tahmin edilmesi, içerisindeki tekil yıldızların yaşı hakkında da fikir verir.

Dönme Hızları

1970’lerde gök bilimciler genç kümelerdeki yıldızların daha hızlı, yaşlı kümelerdeki yıldızlarınsa daha yavaş döndüğünü fark ettiler. Andrew Skumanich, 1972’de bir yıldızın yaşının tahmin edilmesi için basit bir ilişki öne sürdü: Yıldızın dönme hızı ile yaşının karekökü ters orantılıdır.

Skumanich’in öne sürdüğü ilişki yıllarca tekil yıldızların yaşını tahmin etmek için kullanıldı. Ancak son zamanlarda yapılan bilimsel çalışmalar bazı yıldızların dönme hızının belirli bir yaştan sonra yavaşlamadığını gösteriyor. Bugün dönme hızına bağlı yaş tahminlerinin sadece Güneş’ten daha genç yıldızlar için uygun bir yöntem olduğu düşünülüyor.

TESS Uzay Teleskobu
Parlaklık Değişimleri

Bir yıldızın parlaklığı zaman içinde değişir ve bu değişimler yıldızın iç kısımlarında olup bitenler hakkında bilgi verir. Bu bilgiler kullanılarak bir yıldızın yaşı tahmin edilebilir. Ancak doğruluğu yüksek tahminler yapabilmek için bir teleskobun uzun süre bir yıldıza odaklanarak parlaklığı hakkında veri toplaması gerekir. Geçmişte bu mümkün olmuyordu. Ancak ana görevi ötegezegenleri keşfetmek olan Kepler Uzay Teleskobu’nun 2009’da çalışmaya başlamasından sonra durum değişti. Kepler Uzay Teleskobu, 2018’de emekliye ayrılmış olsa da günümüzde hem NASA’ya ait TESS uzay teleskobu hem de Avrupa Uzay Ajansına ait CHEOPS uzay teleskobu, tekil yıldızların yaşının tahmin edilmesine imkân veren gözlemler yapabiliyor. 

Kaynak: 

• Grossman, Lisa ve Thompson, Helen, “How do scientist calculate age of a star?”, Science News, 2021.