James Webb Uzay Teleskobu’nun Keşfi: Ağır Elementler Hakkındaki Teoriler Çöktü mü
Büyük Patlama’daki “doğumundan” sonra, Evren esas olarak hidrojen ve birkaç helyum atomundan oluşuyordu. Bunlar periyodik tablodaki en hafif elementlerdir.
Büyük Patlama ile günümüz arasında geçen 13,8 milyar yıl içinde helyumdan daha ağır elementler üretilmiştir. Yıldızlar, nükleer füzyon süreciyle bu ağır elementlerin çoğunu üretmiştir. Ancak bu süreç sadece demir kadar ağır elementler üretir. Daha ağır elementlerin oluşumu enerjiyi serbest bırakmak yerine tüketecektir.
Günümüzde bu daha ağır elementlerin varlığını açıklamak için, onları üretebilecek olayları bulmak gerekmektedir. Evrendeki en güçlü patlama sınıfı olan gama ışını patlaması (GRB), bu tanıma uyan bir olay türüdür. GRB’ler, Güneş’imizin parlaklığının bir kentilyon (10’un ardından 18 sıfır) katı parlaklıkta patlayabilir ve çeşitli olay türlerinden kaynaklandığı düşünülmektedir.
GRB’ler iki kategoriye ayrılabilir: uzun patlamalar ve kısa patlamalar. Uzun GRB’ler, büyük kütleli ve hızlı dönen yıldızların ölümüyle ilişkilendirilir. Bu teoriye göre, hızlı dönen ışınlar, büyük bir yıldızın çöküşü sırasında fırlatılan malzemeyi son derece yüksek hızlarda hareket eden dar jetler haline getirir.
Kısa patlamalar sadece birkaç saniye sürer. Bunların, iki nötron yıldızının – kompakt ve yoğun “ölü” yıldızlar – çarpışmasından kaynaklandığı düşünülmektedir.
Ağustos 2017’de yaşanan önemli bir olay bu teorinin desteklenmesine yardımcı oldu. ABD’deki iki yerçekimsel dalga dedektörü Ligo ve Virgo, çarpışmak üzere hareket eden iki nötron yıldızından geliyor gibi görünen bir sinyal keşfetti. Birkaç saniye sonra, GRB 170817A olarak bilinen kısa bir gama ışını patlamasının gökyüzünde aynı yönden geldiği tespit edildi. Birkaç hafta boyunca, gezegendeki neredeyse tüm teleskoplar bu olayın sonrasını incelemek için benzeri görülmemiş bir çabayla bu olaya yöneldi.
Gözlemler, GRB 170817A’nın bulunduğu yerde bir kilonova olduğunu ortaya çıkardı. Kilonova, süpernova patlamasının daha sönük bir kuzenidir. Daha da ilginci, patlama sırasında birçok ağır elementin üretildiğine dair kanıtlar vardı.
Nature dergisinde patlamayı analiz eden bir çalışmanın yazarları, bu kilonovanın iki farklı kategoride enkaz veya ejekta ürettiğini gösterdi. Biri öncelikle hafif elementlerden oluşurken, diğeri ağır elementlerden oluşuyordu.
Nükleer füzyonun periyodik tabloda yalnızca demir kadar ağır elementler üretebildiğinden daha önce bahsetmiştik. Ancak kilonovanın nasıl daha ağır elementler üretebildiğini açıklayabilecek bir başka süreç daha var. Hızlı nötron yakalama süreci ya da r-süreci, demir gibi daha ağır elementlerin çekirdeklerinin kısa sürede çok sayıda nötron parçacığı yakalamasıdır. Daha sonra kütleleri hızla büyüyerek çok daha ağır elementler verirler.
Ancak r-sürecinin çalışması için doğru koşullara ihtiyacınız vardır: yüksek yoğunluk, yüksek sıcaklık ve çok sayıda mevcut serbest nötron. Gama ışını patlamaları bu gerekli koşulları sağlar.
Bununla birlikte, kilonova GRB 170817A’ya neden olan iki nötron yıldızının birleşmesi çok nadir görülen olaylardır. Aslında, Evren’de sahip olduğumuz bol miktardaki ağır elementler için olası bir kaynak oluşturmayacak kadar nadir olabilirler. Peki ya uzun GRB’ler?
Yakın zamanda yapılan bir çalışma, özellikle uzun bir gama ışını patlamasını, GRB 221009’u incelemiştir. Bu patlamaya BOAT adı verilmiştir – tüm zamanların en parlak patlaması. Bu GRB, 9 Ekim 2022’de Güneş Sistemi’ni süpüren yoğun bir radyasyon atımı olarak tespit edildi. BOAT, kilonova ile benzer bir astronomik gözlem kampanyasına yol açtı. Bu GRB, bir önceki rekor sahibinden 10 kat daha enerjikti ve bize o kadar yakındı ki, Dünya atmosferi üzerindeki etkisi yerden ölçülebiliyordu ve büyük bir güneş fırtınasıyla karşılaştırılabilirdi.
BOAT’ın sonrasını inceleyen teleskoplar arasında James Webb Uzay Teleskobu (JWST) da vardı. JWST, GRB’yi patlamasından yaklaşık altı ay sonra gözlemledi, böylece ilk patlamanın artçı parıltısı tarafından kör edilmemiş oldu.
JWST’nin topladığı veriler, olayın olağanüstü parlaklığına rağmen, sadece ortalama bir süpernova patlamasından kaynaklandığını gösterdi. Aslında, diğer uzun GRB’lerin önceki gözlemleri, GRB’nin parlaklığı ile onunla ilişkili süpernova patlamasının boyutu arasında bir korelasyon olmadığını göstermiştir. BOAT da bir istisna gibi görünmüyor.
JWST ekibi ayrıca BOAT patlaması sırasında üretilen ağır elementlerin sayısını da çıkardı. R-süreci tarafından üretilen elementlere dair hiçbir belirti bulamadılar. Teorik olarak, uzun bir GRB’nin parlaklığının, büyük olasılıkla bir kara delik olan çekirdeğindeki koşullarla ilişkili olduğu düşünüldüğünden, bu şaşırtıcıdır. Çok parlak olaylar için – özellikle de BOAT gibi aşırı bir olay – r-sürecinin gerçekleşmesi için koşulların uygun olması gerekir.
Bu bulgular, gama ışını patlamalarının Evren’in ağır elementlerinin umulan önemli kaynağı olmayabileceğini göstermektedir. Bunun yerine, hala dışarıda bir kaynak veya kaynaklar olmalı.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: James Webb Uzay Teleskobu’nun Keşfi: Ağır Elementler Hakkındaki Teoriler Çöktü mü
Mars’ın Dünya’da Bulunan Kayıp Parçası Antik Bir Volkanik Sırrı Ortaya Çıkarıyor
Mars’ın Dünya’da Bulunan Kayıp Parçası Antik Bir Volkanik Sırrı Ortaya Çıkarıyor