Süpernova Nedir? Yıldızlar Neden Patlıyor?

Süpernova, bir yıldızın şiddetle patlaması olayıdır. Bu patlamalar öylesine şiddetlidir ki, uzayda meydana gelen en büyük patlamalar arasında gösterilir. Tipik bir süpernova patlaması sırasında açığa çıkan enerji nedeniyle galaksilerin tamamının saçtığı ışıktan daha parlak bir ışık topu oluşabilir ve Güneşimizin 8 milyar yıllık toplam ömründe yayacağından daha fazla enerji uzaya savrulabilir. Süpernovalar öylesine ani bir şekilde yaşanır ki, sadece birkaç saat önce gökyüzünde olmayan bir nokta, birkaç saat içinde bir deniz feneri gibi parlayabilir! Ancak gökyüzünde görülen süpernovalar, gökteki diğer yıldızlar gibi değildir: Artık ölmüş bir yıldızdan arta kalanlardır…

“Hepimiz yıldız tozuyuz.”

Carl Sagan bu sözü söylerken, aslında bir süpernova patlaması sonucunda etrafa saçılan muazzam düzeydeki malzemeden söz ediyordu. Bu malzeme sayesinde Güneşimiz ve Dünyamız var olabildi ve en nihayetinde biz bugün buradayız. Kim bilir, belki de bizim bugün burada olabilmemizi sağlayan süpernova, bizden daha önce var olmuş zeki bir medeniyetin sonu oldu. Ve yine… Kim bilir, bizim sonumuzu getirecek olan bir süpernova, bizden sonraki yaşamları mümkün kılabilecek…

Süpernovalar Nerede Bulunur?

Süpernovaları genellikle diğer galaksilerde görmekteyiz; çünkü Samanyolu Galaksisi içindeki yoğun toz bulutu dolayısıyla kendi galaksimizdeki süpernovaları nadiren gözleyebilmekteyiz. Süpernovalara yönelik en eski gözlem, MS. 185 yılında Çinli astronomlar tarafından yapılmıştır. Bu astronomların gözlediği süpernovanın RCW 86 isimli bir süpernova olduğu düşünülmektedir. Ancak bu tarih ile 17. yüzyıl arasında çok az sayıda süpernova gözlenebilmiştir; çünkü teleskoplar henüz icat edilmemiştir.

Buna rağmen, bu iki tarih arasında gözlenen en meşhur süpernova, 1054 yılında Çinli ve Koreli astronomların kayıtlarında eş zamanlı olarak kendine yer bulan ve günümüzde Yengeç Nebulası olarak bilinen toz bulutunu oluşturan süpernovadır. Tarihsel verilere göre Yerli Amerikalılar da bu patlamayı gözleyip kaydetmişlerdir (bunlara dair izlere Arizona ve New Mexico eyaletlerindeki kaya resimlerinde rastlayabiliyoruz). Bu süpernova öylesine şiddetliydi ki, gündüzleri bile gökyüzünde ışığı görmek mümkündü! Teleskopların icadından önce gözlenen diğer süpernovalar 393, 1006, 1181, 1572 ve 1604 yıllarında kaydedilmiştir. Bunlardan 1572 yılında olan süpernova, ünlü astronom Tycho Brahe tarafından da yakından incelenmiştir. Brahe, yazdığı kitabına bu “yeni yıldız”ı De nova stella ismiyle kaydetmiştir – ki “süpernova” ismindeki nova sözcüğü de aslında buradan gelmektedir.

Nova ile Süpernova Arasında Ne Fark Var?

Bir nova ile süpernova birbirinden farklı astronomik olaylardır. Her ikisinde de sıcak gazların hızla dışarı doğru patlaması sonucunda parlak ışıklar saçılsa da, süpernova dediğimiz olay son derece yıkıcıdır ve diğer novaların aksine bir yıldızın ölümü anlamına gelir. Süpernova sözcüğü 1930’lu yıllara kadar kullanıma girmemiştir. İlk olarak Walter Baade ve Fritz Zwicky tarafından kullanılan bu sözcük, ikilinin Mount Wilson Gözlemevi’nde gözlediği S Andromedae (ya da SN 1885A) isimli süpernovaya ithafen kullanılmıştır. Bu patlama Andromeda Galaksisi içinde yaşanmıştır ve gözlemciler olayı, sıradan bir yıldızın bir nötron yıldızına dönüşme süreci olarak değerlendirmiştir.

Daha modern çağlarda gözlenen meşhur süpernovalardan birisi ise SN 1987A isimli süpernovadır. Bu patlamaya yönelik gözlemler 1987 yılından beri devam etmektedir ve bu sayede araştırmacılar, bir süpernova yaşandıktan sonraki ilk birkaç on yılda neler olup bittiğini gözleme fırsatı bulmaktadır. 1604 yılında Johannes Kepler, Samanyolu Galaksisi’nde gözlenen son süpernovayı keşfetti. NASA’nın Chandra Teleskopu daha güncel zamanda patlamış bir diğer süpernovaya ait kalıntıları gözlemeyi de başardı. Chandra’nın gözlediği bu süpernova, Samanyolu Galaksisi’nde en az 100 yıl önce yaşanmıştı.

Süpernova Olayının Sebebi Nedir?

Süpernova, yıldızın çekirdeğinde veya merkezinde bir değişiklik olduğunda gerçekleşir. Sözünü ettiğimiz süpernovayla sonuçlanan bu değişim, iki farklı şekilde  meydana gelebilir. İlk süpernova tipi, ikili yıldız sistemlerinde gerçekleşir. İkili yıldızlar, isimlerinden de anlaşılabileceği gibi, aynı noktanın etrafında dönen iki yıldıza verilen isimdir. Bu ikiliden biri karbon-oksijen yapılı bir beyaz cüce ise, ikizi olan yıldızdan durmaksızın madde çalar. Sonunda, bu beyaz cüce içinde çok fazla madde birikir ve aşırı madde birikimi dolayısıyla yıldız şiddetle patlar ve süpernova dediğimiz olay yaşanır.

İkinci tip süpernova ise tek bir yıldızın ömrünün sonunda ortaya çıkar. Yıldızlar normalde iki ayrı kuvvetin birbirini dengelemesi sayesinde varlıklarını sürdürebilen gök cisimleridir. Bunlardan birincisi, kütleçekimidir. Yani yıldızı oluşturan malzeme, kendi üzerine çökmeye çalışır. Zaten nebulalarda (bulutsular içerisinde) yeni yıldız ve gezegenlerin oluşabilmesini sağlayan ana mekanizma, nebulayı oluşturan gaz ve toz parçacıklarının kendi üzerine çökerek bir yığılma, bir birikim oluşturma eğilimidir. Ama yıldızın kendi üzerine çökmesine engel olan, yani ters yönde, dışa doğru etki eden ikinci bir kuvvet mevcuttur: Bu da yıldızı oluşturan ana malzeme hidrojenin helyuma dönüşümü; yani füzyon tepkimesidir. Bunlar sayesinde açığa çıkan enerji, kütleçekiminin yıldızın kendi üzerine çökmesi etkisini dengeleyerek, yıldızın stabil bir şekilde yaşamını sürdürebilmesini sağlar.

Popüler bilim sitelerinde şu meşhur lafı duymuşsunuzdur: “Yıldızın yakıtı tükendi.” İşte burada kastedilen şey, artık helyuma dönüştürülebilecek kadar hidrojenin kalmaması, dolayısıyla yıldızı denge hâlinde tutan ikinci kuvvetin ortadan kalkmasıdır. Hidrojen helyuma dönüşemediği zaman, kütleçekimi baskın hâle geçer ve yıldız kendi üzerine çökmeye başlar. Yıldızın nükleer yakıtı tükendiğinde, kütlesinin bir kısmı çekirdeğine doğru akar. Sonunda, çekirdek o kadar ağır hâle gelir ki kendi kütleçekim kuvvetine dayanamaz. Buna bağlı olarak çekirdek çöker ve bu çöküş sonucunda süpernova dediğimiz patlama yaşanır. Bu patlamadan geriye kalan, aşırı yoğun nötron yıldızıdır. Bu yıldızlar bir şehir büyüklüğünde olsa da, Güneş kadar maddeyi bünyelerine barındırırlar!

Ancak Tip-2 bir süpernovanın yaşanabilmesi için bir yıldızın Güneş’ten (tahminlere göre) en az 15 kat büyük olması gerekmektedir (fakat bu aralığa yönelik tahminler, 7-8 Güneş kütlesinden 20 Güneş kütlesine kadar değişebilmektedir). Yani bir yıldızın tam olarak nasıl öleceğine, kütlesi karar vermektedir. Örneğin Güneş tek bir yıldızdır; ikizi yoktur. Yani ilk tip süpernova yaratması imkansızdır. Fakat ikinci tip süpernova görmeyi de beklemiyoruz; çünkü Güneş’in kütlesi böyle bir patlamaya sebep olmak için fazlasıyla küçüktür.

Süpernovalar Ne Sıklıkta Yaşanır?

Aslında süpernovalar, Evren içerisinde çok sık gerçekleşen doğa olaylarıdır: Her saniye, Evren içerisinde yaklaşık 30 süpernova yaşandığı hesaplanmaktadır. Dolayısıyla, siz bu cümlenin sonuna gelene kadar Evren içerisinde onlarca yıldız ölmüş olacak. Öte yandan, Samanyolu Galaksisi büyüklüğündeki galaksilerde istatistiki olarak her 50 yılda 1 defa yaşanırlar. Bu iki sayı arasındaki uyumsuzluk, Evren’in ne kadar büyük bir yer olduğunu anlamanın bir başka yoludur: Bir yanda, her saniye ölen onlarca yıldız; diğer yanda Samanyolu Galaksisi içerisinde sadece 50 yılda 1 yaşanan bir olay…

Bir diğer deyişle, her saniye bir yerlerde yıldızlar patlamaktadır ve bu patlamaların hepsi Dünya’dan pek de uzakta değildir. Örneğin bundan 10 milyon yıl kadar önce meydana gelen bir dizi süpernova, bugün Yerel Baloncuk olarak bildiğimiz, 300 ışık yılı genişliğinde ve yer fıstığı şeklinde olan, Güneş Sistemi’ni sarmalayan yıldızlararası ortamı yaratmıştır.

Eğer Yıldızlar Yakıtı Tükenince Patlıyorsa, Yeni Yıldızlar Nereden Yakıt Buluyor?

Tip-2 süpernovaların ana nedeninin, tekil yıldızların yakıtlarının tükenmesi sonucu dengelerini yitirerek kendi üzerlerine çökmeleri ve geri kalan malzemelerini etrafa şiddetle saçmaları olduğunu söylemiştik. Bu durum, akıllara bir soruyu getirebiliyor: Madem yıldızlar bütün hidrojeni helyuma dönüştürdükten sonra yakıtları tükenmiş oluyor, süpernovadan saçılan malzemeden doğacak yeni yıldızlar nereden hidrojen buluyorlar?

Bu sorunun cevabı olan anahtar sözcük, bütün sözcüğüdür. Bir yıldızın süpernovaya dönüşmesi için bünyesindeki bütün hidrojeni tüketmesi gerekmez. Önemli olan, yıldızın çekirdeğindeki hidrojenin tükenmesidir – ki bu, yıldızın toplam hidrojen kütlesinin ufak bir kısmıdır. Örneğin Güneş, her ne kadar bir süpernovaya dönüşmeyecek olsa da, bünyesindeki toplam hidrojenin sadece %5-10 civarını çekirdeğinde bulundurmaktadır. Çekirdekteki yakıt bittikten sonra, kabuktaki hidrojen füzyona uğramaya başlar; ancak bunun tamamı kullanılamaz. Örneğin Güneş’in ölümü, bünyesindeki toplam hidrojenin yarısı tükendiğinde gelecektir.

Bu, süpernovaya dönüşebilecek kadar büyük yıldızlar için de geçerlidir. Süpernovadan arta kalan kabukta, bol miktarda hidrojen bulunmaya devam eder ve dış kısımlardan etrafa bol miktarda hidrojen saçılır. Dahası, devasa yıldızların çekirdek haricindeki hidrojeni füzyona sokma oranı çok daha düşüktür; yani Güneşimize göre hidrojen tüketiminin çok daha erken bir noktasında öleceklerdir (ama Güneş’in aksine, süpernova ile patlayacaklardır).

Görebileceğiniz gibi süpernovalardan doğacak yeni yıldızların yakıtı bulunmaktadır; fakat bu, galaksi ve yıldız silsilelerinin yeni yakıt bulamayacak noktaya ulaşmadıkları anlamına gelmemektedir. En nihayetinde bir yıldız, bünyesindeki hidrojenin yüzde, binde, milyonda biri gibi ufak bir kısmını yakmamaktadır; %10-50 gibi bir oranını kullanmaktadır. Eğer bir galaksiye dışarıdan gaz girişi olmazsa, nihayetinde galaksi bünyesinde yıldızların kullanabileceği hidrojen oranı fazlasıyla düşecektir ve yeni yıldızların oluşma ihtimali de azalacaktır. Ancak bu, çok yavaş olan bir süreçtir. Aşağıdaki formül, bir galaksinin yeni yıldız üretme oranına bağlı olarak ne kadar sürede artık yeni yıldızları üretemeyecek noktaya geleceğini hesaplamaktadır:

Burada tdepl​, galaksinin tükenme süresidir. sSFR ise bir galaksinin spesifik yıldız oluşum oranıdır. Spesifik yıldız oluşum oranı, bir galaksinin yıldız oluşum oranının yıllık Güneş kütlesi cinsinden ölçülmesiyle elde edilir. Bununla ilgili detayları formüle ekleyecek olursak:

Burada M∗ galaksinin yıldız kütlesinin Güneş kütlesi cinsinden büyüklüğdüür. M⊙​, Güneş’in kütlesidir. SFR, galaksinin yıldız oluşum oranıdır. Dolayısıyla Güneş’ten 10⁹ kat büyük kütleye sahip bir galakside her yıl 10 Güneş kütlesinde yıldız oluşuyorsa, yaklaşık olarak 100 milyon (10⁸) yıl içinde o galaksi tükenecektir. Evren’deki bütün galaksiler bu şekilde tükendiğinde, artık yeni yıldız üretilemeyecek ve Evren, statik bir noktaya gelecektir. Tabii o noktadan önce bir diğer nedenle yok olmayacak olursa…

Bilim İnsanları Süpernovaları Neden İnceliyor?

Bir süpernova çok kısa bir süreliğine parıldar, ancak bu kısacık patlama sırasında bile bilim insanlarının Evren hakkında birçok şey öğrenmesini sağlayabilir. Örneğin süpernovalardan birisi, durmaksızın genişleyen bir Evren içinde yaşadığımız gerçeğini göstermiştir. Hatta sadece bu da değil; bu genişleme hızının giderek arttığını doğrulamamızı sağlamıştır. Benzer şekilde uzmanlar, süpernovalardan önce yıldızların tıpkı devasa bir hoparlörmüşçesine titreştiğini ve tespit edilebilir bir uğultu çıkardıklarını göstermiştir. Örneğin 2008 yılında bilim insanları, ilk defa bir süpernovayı patlama anında yakalamayı başarmıştır. Keşfi yapan Alicia Soderberg ve ekip arkadaşları, gözlem ekranında ufak bir parıldama beklerken, 5 dakika boyunca devam eden, tuhaf ve aşırı parlak bir X-ışını yağmuru gözlemiştir. Bu sayede yıldızların doğasına dair daha fazla bilgi edinmemiz mümkün olmuştur.

Ayrıca süpernovalar, elementlerin Evren’e dağılmasında da anahtar rol oynamaktadır. Yıldız patladığında, uzaya elementler ve artık maddeler saçılır. Örneğin Dünya üzerinde bulunan elementlerin çoğu, bir zamanlar yaşamış yıldızların çekirdeğinde üretilmiştir. Süpernovalar sonucu Evren’e saçılan bu elementler, yeni yıldızlar, gezegenler ve Evren’deki diğer her şeyin oluşmasını mümkün kılar.

Bilim İnsanları Süpernovaları Nasıl Araştırıyor?

NASA’daki bilim insanları süpernovaları aramak ve üzerlerinde araştırmalar yürütmek için farklı türlerde teleskoplar kullanıyor. Örneğin bazı teleskoplar, patlama sırasında saçılan görünür dalgaboyundaki ışığı gözlemlemek için kullanılmaktadır. Bazı diğer teleskoplar, süpernovalar sırasında üretilen X-ışınları ve gama ışınları gibi dalgaboylarını kaydeder. Bu teleskoplardan en meşhurları, bugüne kadar süpernovaları gözlememizi mümkün kılan Hubble Uzay Teleskobu ve Chandra X-ışını Gözlemevi’dir.

Haziran 2012’de NASA, elektromanyetik ışık spektrumunun yüksek enerji bölgesine odaklanan ilk teleskobu yörüngeye fırlattı. NuSTAR adı verilen bu teleskop, birçok görevi yerine getirmek amacıyla üretildi. Bu görevlerin arasında kendi üzerine çöken yıldızları ve kara delikleri tespit etmek de var. Bu teleskop ayrıca süpernovalardan arta kalan kalıntıları da araştırıyor. Bu araştırmalar sayesinde bilim insanları, yıldızların nasıl patladığı ve süpernovalar sonrasında ne tip elementler üretildiğine yönelik daha fazla bilgi edinmeyi umuyor.

Siz de Bir Süpernova Keşfedebilirsiniz!

Süpernova avlamak için bilim insanı olmanız, hatta teleskobunuzun bulunması bile gerekmiyor! Örneğin 2008 yılında bir genç, süpernova keşfetmeyi başardı. Ardından Ocak 2011’de, Kanada’dan 10 yaşındaki bir kız, bilgisayarında gece çekilmiş gökyüzü fotoğraflarına bakarken yeni bir süpernova keşfetti. Amatör bir astronom tarafından çekilen görüntülerde bir süpernova olduğunu ilk fark eden oydu!

Birazcık pratik yaparak ve doğru ekipmanlarla (veya fotoğraflarla) siz de bir süpernova keşfedebilirsiniz! Örneğin Zooniverse Projesi, bilime katkı sağlamak isteyen 7153 gönüllünün katılımıyla, 19.129 ayrı nesneye ait 1.8 milyon sınıflandırmayı tamamlamıştır.