Kahverengi cüceler & süper Jüpiterler
NE YILDIZ NE DE GEZEGEN OLARAK SINILANDIRILAN ILGINC CISMLER
Ne yıldız ne de gezegen olarak sınıflandırılan ilginç cisimler
Kahverengi cüceler, yıldız oluşumu okulunu terk etmiş, başarısız birer yıldız olarak görülürler. Pofuduk, gaz dış katmanlara sahip bu devasa cisimler, evrenin belli bir çizgiyi geçememiş cisimleri. Kahverengi cücelerde nükleer füzyon (yıldızlara enerjisini sağlayan süreç) devam edemediği için, bu cisimlerin ortalama sıcaklığı, insan vücudunun sıcaklığını geçmiyor. Ne yıldız ne de bir gezegen olan kahverengi cüceler, en büyük kütleli gaz devleri ile en küçük kütleli yıldızlar arasında bir bölgede kalıyor. Süper jüpiter adını da bu nedenle; devasa gaz yapıları nedeniyle alıyorlar. Bu cisimlerin varlıkları, gezegenle yıldız arasındaki çizgiyi bulanıklaştırdığı için gezegen ve yıldız oluşumu ile ilgili bildiklerimizi sorgulamamızı sağlıyor.
Yıldızlar, devasa moleküler gaz bulutları kütle çekimi etkisi ile çökerek, merkezdeki sıcaklık ve basıncı artırıyor. Bu sıcaklık ve yoğunluğun bir sonucu olarak hidrojeni helyuma dönüştüren nükleer füzyon reaksiyonları başlıyor. Bu süreç, bir gezegenle yıldızı ayıran en temel noktalardan birisi. Güneş Sistemi’ndeki ve dışındaki gezegenlerde süreç önce çekirdeğin oluşması ve sonra materyal toplaması şeklinde gerçekleşiyor. Büyük kütleli gezegenlerin çoğunda, çekirdek ön-yıldız diskinden gaz çalabilecek kadar kütleye sahip oluyor; Jüpiter ve Satürn gibi gaz devleri bu şekilde oluşuyor.
Fakat kahverengi cüceler yıldızlar gibi oluşuyorlar; bir gaz bulutunda bir yıldız gibi çöküyorlar. Yıldız olmak üzere çöktükleri çok belli ancak süreç boyunca, bir şekilde, küçük ve soğuk olan kırmızı cüce yıldızlardan bile daha bücür hale geliyorlar.
Evrenin esasında daha küçük cisimleri tercih ettiğini belirtmeliyiz. Meşhur kütle fonksiyonu, yıldız oluşumu gerçekleşen bir bulutsuda oluşan cisimlerin kütle dağılımlarını tanımlar. Çok az bir kısmı bir gün süpernova geçirerek ölecek olan büyük kütleli yıldızları oluşturur. Bundan daha fazlası Güneş benzeri yıldızları oluşturur. Daha da fazlası ise, Güneş’ten daha küçük ve soğuk olan kırmızı cüce yıldızları oluşturur. Ancak bir bulutsu içerisinde oluşacak cisimlerin arasında en fazla sayıyı kahverengi cüceler oluşturur. Bu, Hubble Uzay Teleskobu’nun Orion Bulutsusu’nda, Trapezium Kümesi’nin yeni doğan yıldızları arasında bulunan 50 kahverengi cüce keşfi ile de desteklendi. Orion Bulutsusu’nda süphesiz çok daha fazla kahverengi cüce bulunuyor ancak bunlar çok soğuk ve sönük olduğu için, tespit edilmesi neredeyse imkânsız. Hubble bu kahverengi cüceleri tespit edebilmek için yakın-kızılöte kamerasını kullandı; kahverengi cüceler düşük sıcaklıklara sahip olduğu için en çok ışımayı kızılöte dalga boylarında yapıyor.
Kahverengi cüceleri tespit etmek çok zor olduğu için, ilki 1980’lere kadar keşfedilmedi. 1980’lerin sonlarına doğru, astronom Ben Zuckerman ve Eric Becklin GD 165B olarak adlandırılan bir kahverengi cüce adayı keşfetti. Bu cismin düşük kütleli bir yıldız olduğu ile ilgili şüphelerin de olduğunu belirtmemiz gerekir.
Astronomların bu keşiften sonra başka bir kahverengi cüce bulmak için yaklaşık on yıl kadar daha beklemesi gerekti ve sonunda, 1995’te Ülker yıldız kümesinde Teide 1 keşfedildi. Kahverengi cücelerin varlığı 1980’lerin de öncesinde ortaya atılmıştı ve ‘kahverengi cüce’ adı SETI’den Jill Tarter tarafından verildi. Daha öncesinde bu cisimlere siyah cüce deniyordu ancak bu isim, beyaz cücelerin trilyonlarca yıl sonrası soğuması sonucu oluşan kara cücelerle bir karışıklık yaratıyordu. Hatta, kahverengi cüceler siyah olmadığı gibi aslında kahverengi değiller; renkleri mora çalan kırmızı tonunda.
Kahverengi cüceler ile ilgili anlayışımız son yıllarda, NASA’nın Geniş Alan Kızılöte Tarama Kâşifi (WISE) ile değişti. WISE gökyüzünü bir yıl boyunca orta-kızılötede, yani kahverengi cücelerin görülebileceği dalga boyunda taradı. WISE yardımcı proje uzmanı Amy Mainzer, “Kahverengi cüceler, büyük, şişman, yeşil zümrütler gibi karşınıza çıkıyor” diyor. WISE görüntülerinde yeşil görünüyorlar çünkü onlara denk gelen sıcaklıklar sisteme yeşille kodlanmış durumda.
WISE verimli bir kahverengi cüce kâşifi olarak kendini gösterdi ve şimdiye kadar bulduğumuz en soğuk kahverengi cüceleri keşfetti. Hatta o kadar soğuklar ki, astronomlar bunlar için yeni bir sınıflama oluşturmak durumunda kaldı.
Yıldızlar sıcaklıklarına göre belli tayf türlerine ayrılmış durumda. En sıcak yıldızlar O tayf türü olarak sınıflandırılıyor. Bunu sırasıyla B, A, F, G (Güneş’in tayf türü), K ve M tayf türleri takip ediyor. Buradaki son tayf türü, kırmızı cüce yıldızları temsil ediyor. Kahverengi cüceler kırmızı cücelerden de soğuk olduğu için, bunlara özel, L ve T olarak yeni türler tanımlandı. Ancak, 2014 yılında WISE’ı kullanan astronomlar W0855-0714 kahverengi cücesini keşfetti. Bu kahverengi cüce o kadar soğuktu ki sıcaklığı -48 ila -13 santigrat dereceye denk geliyordu. Bu tür kahverengi cücelere de Y tayf türü atandı ve o zamandan beri bu türden sadece birkaç düzine cisim keşfedildi. Bilim insanları, 4,2 ışıkyılı uzaklığı ile Güneş’e en yakın yıldız olan Proxima Centauri’den daha yakın kahverengi cüceler olabileceği ihtimalini henüz elemiş değiller.
Kahverengi cüceler 13 ila 80 Jüpiter kütlesi arasında tanımlanıyor ancak W0855-0714 bu kütle limitinin altında kalıyor, yaklaşık 3 ila 10 Jüpiter kütlesine eş değer. Bu durum, kahverengi cücelerin sınıflandırılmasının ne kadar zor olduğunu gösteriyor. W08550714’ün bir sistemden fırlamış bir gezegen olabileceği öngörülse de astronomların çoğu bir kahverengi cüce fikrinden yana. Bu düşüncenin temel sebebi, kahverengi cücelerin başıboş gezegenlerden daha yaygın olması.
Kahverengi cüceler yıldızlar gibi oluşsa da gezegen gibi görünüyorlar ve gezegenler gibi iklime ve bulutlara sahipler. Örneğin, ULAS J222711 normal kahverengi cücelerden daha kırmızı görünüyor. Hertfordshire Üniversitesinden astronomlar bu durumu incelediğinde, ULAS J222711’in kırmızı görüntüsünün, bulutlarının yıldızdan gelen ışığı saçmasından kaynaklandığını anladılar. Tabii ki burada Dünya’daki gibi pamuk görünümlü güzel bulutlardan bahsetmiyoruz.
Hertfordshire Üniversitesinden Federico Marocco bu konuda “Buradaki bulutlar çoğunlukla enstatit ve korindon gibi minerallerin tozlarından oluşuyor.” diyor.
“Bu toz taneciklerinin sadece varlığını tespit etmedik, aynı zamanda boyutlarını da hesaplayabildik.” Bu toz parçacıklarının boyutları 0,5 mikrometre olarak hesaplandı. Kahverengi cüce W0855-0714’te donmuş sülfit ve su buzu bulutları olduğuna dair bulgular elde edildiği, metan, hidrojen sülfit ve amonyak gibi gazların da bulunduğu varsayılıyor. Manzier “Eğer cüce gezegenin atmosferinden bir miktar maddeyi şişeleyip Dünya’ya getirmiş olsaydınız, koklamak öldürmezdi ama çürümüş yumurtadan daha beter kokardı.” diye açıklıyor.
Birçok kahverengi cüce ise fırtınalara sahip. Bu durum Jüpiter gibi gezegenlere olan benzerliklerini artırıyor. WISE’ın kızılöte selefi olan Spitzer Uzay Teleskobu, kahverengi cücelerde yama benzeri bulut yapılarına rastladı. Bu, aşırı şiddetli kasırga bölgelerine sahip oldukları ve çok fazla şimşek aktivitesi ve yağmur (eriyik kum veya demir yağmuru) gerçekleştiğinin bir göstergesi. “Burada gördüklerimiz devasa ve organize bulut sistemleri, adeta Jüpiter’deki Büyük Kırmızı Leke gibi,” diye açıklıyor
Adam Showman, Arizona Üniversitesinden bir profesör.
Spitzer ve Hubble verisini beraber kullanarak, kahverengi cüceleri farklı kızılöte dalga boylarında gözlemleyen astronomlar, atmosferin farklı katmanlarını gözlemleyebiliyorlar. Kahverengi cüce döndükçe, bulut katmanlarındaki değişim ve kasırgaların boyutu, teleskopların gözlemlediği parlaklığı etkiliyor. “Bu rastgele ışık değişimleri kahverengi cücenin iklim sisteminin nasıl olduğuna dair bir parmak izi oluşturuyor.
Peki kahverengi cüceler gezegen boyutlu kasırgaları oluşturacak enerjiyi nereden alıyor? Dünya’da hava koşullarını oluşturan enerji, Güneş tarafından emilen ısı sağlanıyor. Bazı kahverengi cüceler yıldızlar etrafında dolanıyor ancak bu, yıldızı olmayan bir kahverengi cücenin bu ısıyı nereden aldığını açıklamıyor. Jüpiter gibi, Güneş’ten uzak bir gezegen, çekirdeğindeki, oluştuğu dönemden kalan enerjiyi koruyor; kahverengi cücelerin de ısı kaynaklarının benzer olduğu düşünülüyor. Buna rağmen, kahverengi cücelerin Jüpiter benzeri gezegenlere göre bir avantajı bulunuyor.
Çekirdeklerinde hidrojeni helyuma dönüştürecek olan nükleer füzyonu sürdürebilecek basınç ve sıcaklığa sahip olmasalar da döteryum üretecek kadar kısıtlı nükleer füzyon gerçekleştirebiliyorlar. Hatta en büyük kütleli kahverengi cüceler, füzyon aracılığı ile lityum oluşturabiliyorlar. Lityum
yıldızlarda yüksek oranlarda bulunan bir element değil, dolayısı ile lityumu aramak bir cismin yıldız mı kahverengi cüce mi olduğunu anlamak için iyi bir yöntem olabilir. En küçük kütleli kahverengi cüceler ise çekirdeklerinde hiçbir şekilde füzyon gerçekleştiremiyorlar. Fakat yine de füzyon reaksiyonlarını kısa süre için de olsa başlatabilenler, kısa süreliğine ürettikleri enerjiyi milyarlarca yıl çekirdeklerinde saklayabiliyorlar.
Güneş benzeri bir yıldızın iç yapısında iki katman bulunuyor. Çekirdeğin üstünde bulunan içerideki katman radyatif bölge. Nükleer füzyon ile üretilen enerji, radyatif bölgede, ışık aracılığıyla yukarıya taşınıyor. Güneş’in kendi kütle çekimi etkisi altında çökmesini engelleyen katman burası. Radyatif bölgenin üstünde ise konvektif bölge yer alıyor. Bu katmanda enerji konveksiyon (madde iletimi) ile gerçekleşiyor. Kahverengi cücelerde ise sadece konvektif bölge bulunuyor. Bu, iç katmanlarının kütle eklendikçe yay gibi sıkışmasını sağlıyor. Bunun sonucunda çapı Jüpiter’den büyük olmadığı halde Jüpiter’den defalarca daha kütleli kahverengi cüceler oluşmasını sağlıyor.
Bu aynı zamanda yıldızından daha büyük olan kahverengi cücelerin var olduğunu gösteriyor. Kahverengi cüceler tam anlamıyla yıldız olmadıkları için, etrafında gezegen oluşup oluşamayacağı da tamamen ayrı bir soru. Ancak Atacama Büyük Milimetre/ milimetre altı Dizgesi (ALMA) bir kahverengi cücenin etrafında, astronomların genç yıldızların etrafında gördükleri gezegen oluşum diskine benzer bir toz ve enkaz diski gözlemledi. ISO-Oph 102 olarak bilinen bu kahverengi cücenin etrafındaki diskin kütlesi 60 Jüpiter’e eşdeğer. Diskteki toz parçacıkları ise milimetre boyutlarında. Gezegen oluşum disklerinde bu toz parçacıkları zamanla birleşip, daha büyük parçalar oluşturarak, sonunda kayaç gezegenleri meydana getiriyor.
Kaliforniya Eyalet Üniversitesinden, ALMA’daki çalışmanın yürütücüsü Luca
Ricci şu açıklamayı yapıyor: “Bu ince diskte milimetre mertebelerinde toz parçaları bulmak bizi şaşırttı. Bu boyuttaki taneciklerin kahverengi cüce etrafındaki soğuk diskte oluşmasını beklemiyorduk ama görünüşe göre oluşuyorlar. Orada kayaç bir gezegenin olup olmadığını henüz söyleyemeyiz ancak oluşumuna dair işaretleri gördüğümüz açık.”
Bu durum kahverengi cücelerin bir kimlik bunalımı ile karşı karşıya olduğunu gösteriyor. Yıldızlar gibi oluşuyor ama yıldız değiller; hidrojeni helyuma dönüştüremiyorlar. İklim ve hava koşullarına sahip gezegenlere benziyorlar ancak çok daha kütleliler ve gezegen gibi oluşmuyorlar. Hatta etraflarında gezegen oluşumu gerçekleşebiliyor. Evrendeki muhtemelen en yaygın cisimler. Bazı bilim insanları, karanlık maddeye atfedilen kütlenin bir kısmını açıklayabilecek kadar çok kahverengi cüce olabileceğinden şüpheleniyor. Tüm bunlara rağmen, yıldız olamamış başarısız cisimler olarak ele alınıyorlar. Aslında tam aksine, yıldız benzeri özelliklere sahip süper gezegenler olarak görülmeliler. Kahverengi cüceler kesinlikle çok özel cisimler: hem bir yıldızın hem de gezegenin yerine geçebiliyorlar ve bunu yaparken evrenle ilgili bir sürü gizemin açığa çıkmasını sağlıyorlar.