Kozmik toz neden önemli?

Kanca

Evindeki rafların üstünde biriken toza bakınca aklına uzay gelmez. Oysa üzerinde durduğun gezegen, bir zamanlar tam da böyle, ama çok daha ince bir toz bulutuydu. Dünya'nın kayaları, dağları, okyanus tabanları, hatta kemiklerindeki kalsiyum, bir zamanlar yıldızların arasında süzülen, gözle görülemeyecek kadar küçük tanecikler hâlindeydi.

Üstelik bu yolculuk bitmedi. Her gün Dünya'ya uzaydan tonlarca toz yağıyor ve bu taneciklerin bir kısmı, belki de evinin çatısında duruyor.

Merkezi soru

Kozmik toz neyden oluşur, yıldızların ışığını nasıl değiştirir ve yıldızların ve gezegenlerin doğumunda neden bu kadar önemli bir rol oynar?

Anlatım

Tozun tanesi

Yıldızlararası maddenin yalnızca yaklaşık yüzde biri tozdur. Ama bu küçük pay, kütlesiyle orantısız bir etki yaratır.

OpenStax'ın aktardığına göre tipik bir yıldızlararası toz tanesi bir milyon ile bir milyar atom içerir ve çapı bir milimetrenin yüz binde biri ile on binde biri arasındadır; sigara dumanındaki parçacıklarla aynı boy ölçeğindedir. Tanelerin çekirdeği ya kurum gibi karbonca zengin, ya da kum gibi silikatça zengindir. Soğuk bulutların içinde bu çekirdeklerin üzeri su, metan ve amonyak buzundan ince bir kabukla kaplanır.

Bu taneler nereden gelir? Büyük bölümü, yaşlanan yıldızların şişip soğuyan dış katmanlarında yoğuşur. Kırmızı dev yıldızların uzaya saldığı rüzgârlar, bacadan çıkan is gibi toz taşır. Süpernovaların genişleyen kalıntılarında da toz oluşur. Kısacası toz, ölen yıldızların uzaya bıraktığı mirasın katı kısmıdır.

Işığı süzen perde

Toz, yıldız ışığını iki yolla zayıflatır: ışığın bir kısmını yutar, bir kısmını da yolundan saptırarak saçar. OpenStax'a göre bu iki etkinin toplamına yıldızlararası sönümleme (interstellar extinction) denir. Samanyolu'nun düzleminde, yoğun toz bulutlarının arkasında kalan yıldızlar bu yüzden çok sönük görünür ya da hiç görünmez.

Toz bir de yıldızların rengini değiştirir. Küçük taneler mavi ışığı kırmızı ışıktan çok daha verimli saçar. Uzak bir yıldızın ışığı tozun içinden geçerken mavi ve yeşil bileşenlerinin bir kısmını yolda kaybeder; turuncu ve kırmızı ışık ise daha kolay geçer. Bu yüzden toz arkasındaki yıldızlar, gerçekte olduklarından daha kızıl görünür. Buna yıldızlararası kızarma (interstellar reddening) denir. Ders 6.6'da gün batımının neden kırmızı olduğunu anlatan saçılma, burada galaksi ölçeğinde işliyor.

Aynı saçılma bazen de güzel bir manzara yaratır. Bir toz bulutu parlak bir yıldızın yakınındaysa, yıldızın ışığının mavi kısmını bize doğru saçar ve bulut mavi bir parıltıyla görünür. Böyle bulutlara yansıma bulutsusu (reflection nebula) denir. Ülker kümesinin fotoğraflarında yıldızları saran mavi pus, bu tür bir yansımadır.

Kızılötesinde parlayan toz

Toz yalnızca ışığı engellemez; yuttuğu enerjiyi ısı olarak geri de verir. Soğuk toz taneleri görünür ışıkta parlamaz, ama kızılötesi ışıkta ışıldar. OpenStax'a göre toz bulutları görünür ışıkta ölçülebilir bir enerji yayamayacak kadar soğuk oldukları hâlde kızılötesinde parlak görünür.

Bu, gökbilimcilere çifte armağandır. Kızılötesi teleskoplar hem tozun kendisini haritalayabilir hem de onun arkasına bakabilir, çünkü kızılötesi ışık tozun içinden görünür ışıktan çok daha kolay geçer; böylece toz perdesinin arkasında saklanan yıldız doğum bölgelerini ve galaksimizin merkezini görebiliriz. James Webb Uzay Teleskobu'nun kızılötesine göre tasarlanmasının nedenlerinden biri budur.

Yıldızların ve molekül fabrikalarının yardımcısı

Toz, yıldızların doğmasına da yardım eder. Bir gaz bulutunun çökebilmesi için soğuk kalması gerekir; ısınan gaz, basıncıyla çöküşe direnir. Toz taneleri, çarpışmalarla kazandıkları enerjiyi kızılötesi ışık olarak uzaya salarak buluta bir soğutucu gibi hizmet eder.

Tanelerin yüzeyi aynı zamanda bir kimya tezgâhıdır. Evrendeki en bol molekül olan hidrojen molekülünün büyük kısmının, iki hidrojen atomunun bir toz tanesinin yüzeyinde buluşup birleşmesiyle oluştuğu düşünülüyor. Buz kabuklarının içinde daha karmaşık moleküller de birikir. Toz, bu anlamda uzayın molekül fabrikalarından biridir.

Tozdan gezegenlere

Ders 10.1'de gezegenlerin, dönen bir diskteki toz tanelerinin yapışıp büyümesiyle oluştuğunu görmüştük. O diskin tozu, yıldızlararası tozun ta kendisiydi. Kayalık gezegenlerin demiri, silisyumu, magnezyumu, kısacası katı olan her şeyi, bir zamanlar bu tanelerin içinde taşındı.

Bu yıldızlararası tozu doğrudan yakalamak da mümkün oldu. NASA'nın Stardust sondası, yörüngesinde yaklaşık iki yüz gün boyunca yıldızlararası toz akıntısına aerojel denen, donmuş dumana benzeyen, son derece hafif bir malzeme tuttu ve örnekleri Dünya'ya getirdi. Westphal ve arkadaşlarının 2014'te yayımladığı çalışmaya göre, çoğunu gönüllü yurttaş bilimcilerin taradığı görüntülerde bulunan izlerden yedisi, yıldızlararası kökenli olabilecek parçacıklara aitti. Bu parçacıkların mineral yapısı, gökbilimcilerin uzaktan yaptığı tahminlerden şaşırtıcı ölçüde çeşitli çıktı.

Aslında…

Gökbilimciler bu yüzden bir yıldızın sıcaklığını yalnızca rengine bakarak değil, tayf çizgilerine bakarak belirler. Tayf çizgilerinin yerleri tozdan etkilenmez; bu sayede gerçek sıcaklık ile tozun etkisi birbirinden ayrılabilir.

Büyük resim

Kozmik toz, evrenin döngüsünde kilit bir halkadır. Ölen yıldızlar tozu üretir, toz bulutların soğumasına ve moleküllerin oluşmasına yardım eder, bulutlardan yeni yıldızlar ve gezegenler doğar, onlar da öldüklerinde yeni toz bırakır. Galaksinin katı maddesinin tamamı bu döngüden geçer.

Toz aynı zamanda gökbilimcilerin hem düşmanı hem dostudur. Görünür ışıkta galaksinin büyük bölümünü bizden saklar; ama kızılötesinde, yıldızların ve gezegenlerin doğduğu yerlerin en canlı haritasını çıkarmamızı sağlar.

Özet

1. Yıldızlararası toz, maddenin yaklaşık yüzde birini oluşturur; taneleri duman parçacıkları kadar küçüktür, karbonca ya da silikatça zengin çekirdeklerin üstü soğuk bulutlarda buzla kaplanır ve çoğu yaşlanan yıldızlarda ve süpernovalarda oluşur.
2. Toz yıldız ışığını yutup saçarak yıldızları sönük ve olduklarından daha kızıl gösterir; parlak yıldızların yakınında mavi yansıma bulutsuları yaratır ve kızılötesi ışıkta parlar.
3. Toz, gaz bulutlarını soğutarak yıldız doğumuna ve yüzeyinde moleküllerin oluşmasına yardım eder; gezegenler de bu tozun yapışıp büyümesiyle oluşur.

Görev

Quiz

1. Yıldızlararası toz taneleri ne kadar büyüktür ve neyden oluşur?
2. Yıldızlararası sönümleme nedir?
3. Toz arkasındaki yıldızlar neden olduklarından daha kızıl görünür?
4. Toz bulutları neden kızılötesi ışıkta parlar ve bu gökbilimcilere nasıl yardım eder?
5. Toz, yıldızların ve moleküllerin oluşumuna nasıl katkıda bulunur?

Cevaplar

1. Duman parçacıkları kadar küçüktürler, çapları bir milimetrenin yüz binde biri ile on binde biri arasındadır; karbonca ya da silikatça zengin bir çekirdek ve soğuk bulutlarda bunun üstünde su, metan ve amonyak buzundan bir kabuktan oluşurlar.
2. Tozun yıldız ışığını yutması ve saçmasının birlikte yarattığı, yıldızları daha sönük gösteren etki.
3. Küçük toz taneleri mavi ışığı kırmızıdan daha verimli saçtığı için ışığın mavi bileşeni yolda azalır, kırmızısı daha kolay geçer.
4. Yuttukları enerjiyi ısı olarak kızılötesi ışıkla geri verirler; kızılötesi ışık tozun içinden daha kolay geçtiği için tozun arkasındaki yıldız doğum bölgelerini ve galaksinin merkezini görmemizi sağlar.
5. Enerjiyi kızılötesi ışık olarak uzaya salıp bulutları soğutarak çöküşe yardım eder; yüzeyinde hidrojen atomlarının birleşmesini ve daha karmaşık moleküllerin oluşmasını sağlar.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Toz tanelerinin buzlu yüzeyleri, uzayın en soğuk yerlerinde bile kimyanın işlediğini gösteriyor. Radyo teleskoplar bugün yıldızların arasındaki bulutlarda yüzlerce farklı molekül saptadı; bunların arasında evlerimizde tanıdığımız maddeler de var. Yıldızlar arasındaki soğuk ve seyrek bulutlarda hangi moleküller bulunuyor ve onları nasıl tanıyoruz?