Karadeliklere başlamadan önce kısaca yıldız oluşumu ve evriminden söz etmek yerinde olur.
Yıldızlar gökadada (Samanyolu) dev gaz bulutlarının içinde, fiziksel koşulların uygun olduğu bölgelerde madde çekimsel çökme ile oluşur. Gaz bulutunun kendi çekimi altında çökmesiyle merkezindeki sıcaklık yükselir, basınç ve yoğunluk artar.
1930 lu yıllarda çekirdek fiziğinin keşfedilmesiyle yıldızların fiziği daha iyi anlaşıldı. Bu keşifle bilimsel araştırmalar ivme kazandı. Bilindiği gibi İkinci Dünya Savaşı’nda atom bombasının yapılması ve Japonya’ya atılarak on binlerce insanın ölümüne yol açması da gelişmenin başka bir boyutu olarak karşımıza çıkmıştır.
Çekimsel etkiyle, potansiyel enerji kinetik enerjiye dönüşür; çöken yıldızın merkezi sıcaklığı giderek artar ve nihayet milyon dereceler mertebesine ulaşır ve çekirdek tepkimeleri başlar. Yıldız artık enerji üreten bir füzyon reaktörü gibi çalışmaktadır. Önce, en hafif ve en bol element, hidrojen yakılır, daha sonra helyum ve sırasıyla diğer ağır elementler.
Güneş için merkezdeki hidrojenin yanma (helyuma dönüşme) süresi yaklaşık 10 milyar yıldır. Oysa güneşin 40 katı ağırlığında olan bir yıldız için yaşam süresi bir milyon yıldır. Yıldızların yaşam süresini hidrojenin helyuma dönüşme süreci belirler. Kütlece güneşten daha büyük yıldızlarda bu süre güneşe göre daha kısa olurken, kütlece küçük yıldızlarda daha uzun olmaktadır.
Yıldızın merkezindeki hidrojenin önemli bir kısmı (yüzde on gibi) yandıktan sonra, çekirdekte yeterli miktarda helyum birikmiş olur. Yıldız, merkezindeki hidrojen yakıtını tükettiği için, maddesel çekimin etkisiyle çöker ve sıcaklığını 100 milyon dereceye yükseltir. Bu sıcaklık helyum atomunu yakmaya yeter. Hidrojenden sonra helyum yanmaya başlar. Eğer yıldızın kütlesi güneşin yarısından küçük ise, hiçbir zaman helyumunu yakamaz, sadece hidrojenini yakabilir.
Merkezindeki helyumu yakıp bitirdikten sonra, yıldız artık aktif yaşamının önemli kısmını tamamlamış demektir. Helyumun yanmasıyla karbon atomu oluşur. Artık karbon atomu sıradadır. Daha sonra karbon atomları yanacaktır. Yıldızın merkezindeki sıcaklık 200 milyon dereceye çıkmış ve bir santimetreküpünün ağırlığı 200000 gram olmuştur. Yıldız her kademede merkezindeki sıcaklığı çökerek veya büzülerek artırmaktadır. Bu işlem karbon yandıktan sonra da devam edecek ve diğer elementlerin yakılması gündeme gelecektir. Belli bir noktadan sonra yaşamının sonuna gelecektir. Çocukluğundan sonra, gençliğini, yaşlılığını yaşayacak, emekli olacak ve nihayet beklenen sonu yaşayacak ve ölecektir! Yıldızın sonunun nasıl olacağını belirleyen nedir? Kısaca ona da değinelim.
Yıldızların sonu
Yıldızın sonunun nasıl olacağını kütlesel büyüklüğü belirler. Yıldız, merkezindeki nükleer yakıtı bitirince, nasıl davranır; ne olur? Bu soruların yanıtı 1920’li yılların sonlarında verilebilmiştir. 1928 yılında Hintli bir lisansüstü öğrencisi, İngiltere’ye (Cambridge), Sör Eddington’la çalışmaya gider. Eddington o dönemde çok saygı duyulan aristokrat bir astronomdur. Hintli öğrenci ise, bugünün meşhur fizik ve astrofizikçisi, Subrahmanyan Chandrasekhardır.
Chandrasekhar, İngiltere’ye gelirken bir ay kadar süren gemi yolculuğu sırasında, yakıtını bitiren bir yıldızın, merkezine doğru olan çekime karşı koyabilmesi için kütlesel büyüklüğünün ne olması gerektiği üzerinde çalışmış ve yanıtını da bulmuştur. Bu buluşlarını Eddington’a kabul ettirmekte zorlanmıştır. Ancak, kıta Avrupa’sındaki, Niels Bohr gibi fizikçiler tarafından desteklenince, İngiltere’de de kabul görmüştür.
Yıldızın kütlesi güneşin yaklaşık bir buçuk katının altında ise “Beyaz cüce” tabir edilen bir cisme dönüşür. Belli bir yarıçapa geldiğinde içten dışa bir kuvvet çökmeyi durdurur. Yarıçap büyüklükleri güneşinkinin yüzde biri civarındadır.
Beyaz cüce denmesinin nedeni, yüzey sıcaklıklarının çok yüksek olması ve hacim olarak güneşe göre çok küçük olmalarındandır.
Daha fazla çökemedikleri, merkezdeki sıcaklıklarını artıramadıkları için, karbon atomlarını yakamazlar ve o zamana kadar depoladıkları mevcut enerjiyi yayarak ölüme doğru yol alırlar. Ölüm süreci çok yavaştır, 10 milyar yıl. Öldükten sonra ışık yaymazlar ve onları doğrudan göremeyiz. Artık karanlık madde istatistiğine girmiş demektir.
Eğer yıldızın kütlesi, yukarda söz edilen limitin üstünde ise çökmeye devam eder ve sıradaki elementleri yakmayı sürdürür. Bu olay çekirdekte demir elementi oluşuncaya kadar devam eder. Demir grubu elementlerin çekirdekte birikmesinden sonra ( krom, mangan, demir, kobalt ve nikel) füzyon reaksiyonları durur. Bu noktadan sonra yıldız çekirdekteki demiri yakamaz, yani demiri, yakarak başka bir elemente dönüştürmek için yeterli enerjiye sahip değildir. Bu gruptaki yıldızların evrimi, çekirdeğin zamanla soğuması ve dış katmanlarını uzay boşluğuna atması şeklinde ilerler. Bu ana kadar üretilen elementler uzaya atılır. Merkezlerinde ise nötronların çoğunlukta olduğu bir yapı kalır. Bunlara da nötron yıldızı adı verilmiştir. Merkezdeki nötronlar, dışa doğru kuvvet uygulayarak çökmeyi durduracaktır. Sanki nötronlar kristalize olmuş, yıldızın daha fazla çökmesini önlemektedir. Çekirdekteki yoğunluk bir santimetre küpte milyar tonlarla ifade edilmektedir. Nötron yıldızları da yaklaşık 10 milyar yıl sonra ölecek ve karanlık madde veya görünmeyen madde havuzunda yerlerini alacaklardır.
Hidrojen, helyum ve ağır elementlerden oluşan ve kütlesel büyüklükleri güneşten çok fazla olan yıldızlar ( yedi-sekiz güneş kütlesi ve üstü kastedilmektedir) ne yapar sorusu bizi kara delikler konusuna getirir. Bu yıldızlar, yaşam süreçleri içinde, yaşları ilerledikçe büzülürler (çökerler). Yoğunlukları santimetreküpte bir katrilyondan daha büyük değerlere ulaşır. Yıldızdaki çökmeye hiçbir kuvvet karşı koyamaz, nötronların dışa doğru olan basıncı bile. Bilinen hiçbir fiziksel kuvvet böyle bir çökmeyi durduramaz. Merkezcil çekim ivmesi o kadar büyük ki ışık bile bu cisimden çıkamaz. Başka bir deyişle gözlenemiyorlar, çünkü ışık gelmiyor. Yıldızın yarıçapının sıfıra, yoğunluğunun da sonsuza yaklaşmasını engelleyecek bir şey yoktur artık. Bir yıldız ölürken bir kara delik doğuyor; Kral öldü, yaşasın Kral…
Bir sonraki yazımızda kara delik olayını anlatmaya çalışacağız.