Yıldızlar neden çoğunlukla çift yaşar?

Kanca

Büyük Kepçe'nin sapının ortasındaki yıldıza, Mizar'a, karanlık bir gecede dikkatle bak. Gözü keskin olanlar hemen yanında sönük bir yoldaş seçer: Alkor. Eski çağlardan beri bu ikili bir göz sınavı olarak anlatılır. Ama asıl sürpriz teleskopta başlar. Küçük bir teleskop Mizar'ı iki ayrı yıldıza böler. Işığı tayfına ayrılınca, o iki yıldızın her birinin de aslında iki yıldız olduğu anlaşılır.

Tek bir ışık noktası sandığın şey, birbirinin çevresinde dönen bir yıldız ailesidir. Gökyüzündeki pek çok "tek" yıldız, bu şekilde kalabalık bir sistemin uzaktan görünüşüdür.

Merkezi soru

Yıldızların çiftler ve gruplar hâlinde doğması neden bu kadar yaygındır, çift yıldızları nasıl tanırız ve bir yoldaşın varlığı bir yıldızın hayatını nasıl değiştirir?

Anlatım

Bir buluttan birden fazla yıldız

Yıldızların doğduğu soğuk gaz bulutları tek tek yıldız üretmez. Ders 9.1'deki çöken bulut, çökerken parçalara ayrılır ve her parça kendi yıldızını oluşturabilir. Dönen, yoğun bir çekirdek bölünürse aynı yerde iki ya da üç yıldız birden doğar. Bu yıldızlar birbirlerinin kütleçekimine takılır ve ortak bir kütle merkezi çevresinde dönmeye başlar. İki yıldızlı sisteme çift yıldız (binary star), daha kalabalık olanlara çoklu sistem (multiple system) denir.

Aynı bulutun kalan parçaları da onlarca, yüzlerce yıldızı bir arada doğurur. Yıldızlar, bu yüzden, çoğu zaman bir aile ya da bir mahalle içinde hayata başlar.

Çiftleri üç yoldan tanırız

Bazı çiftler teleskopla doğrudan ikiye ayrılır; bunlara görsel çift denir. Yoldaşlar arasındaki açı çok küçükse, iki yıldız tek bir nokta gibi görünür. O zaman ışığın kendisi konuşur. Ders 6.5'teki Doppler kaymasını hatırla: yıldızlardan biri bize doğru gelirken tayf çizgileri maviye, uzaklaşırken kırmızıya kayar. Çizgiler düzenli aralıklarla ileri geri salınıyor ya da ikiye ayrılıp yeniden birleşiyorsa, orada birbirinin çevresinde dönen iki yıldız vardır. Bunlara tayfsal çift denir. Mizar'ın bileşenleri bu yolla, 19. yüzyılın sonlarından itibaren ikiye ayrıldı.

Bir başka yol, parlaklığı izlemektir. Yörünge düzlemi tam bize dönükse yıldızlar sırayla birbirinin önünden geçer ve toplam ışık düzenli olarak azalır. Bu tür sistemlere örten çift (eclipsing binary) denir. En ünlüsü Perseus takımyıldızındaki Algol'dür. Algol her iki gün yirmi bir saatte bir, birkaç saat içinde gözle fark edilecek kadar sönükleşir ve sonra eski parlaklığına döner. Adı, Arapçada "gulyabaninin başı" anlamına gelen ra's al-ghūl sözünden gelir.

Yıldızları tartmanın tek yolu

Çift yıldızlar, gökbilim için bir meraktan fazlasıdır. Bir yıldızın kütlesini doğrudan ölçmenin en güvenilir yolu, ona bir yoldaşın nasıl dolandığına bakmaktır. Ders 7.2'deki Kepler yasası, dolanma süresini ve yörüngenin büyüklüğünü sistemin toplam kütlesine bağlar. Yoldaşların kütle merkezine olan uzaklıkları da bu toplamın ikisi arasında nasıl bölündüğünü söyler. Yıldızların nüfus tablosundaki kütle bilgisinin büyük bölümü, böyle tartılmış çiftlerden gelir; tek başına duran bir yıldızın kütlesini ise bu çiftlerden öğrendiğimiz kurallarla tahmin ederiz.

Yoldaş, hayatı değiştirir

Birbirine yakın dönen iki yıldız, birbirinin hayatına karışır. Daha büyük kütleli yıldız yakıtını daha hızlı tüketir ve önce şişer. Şişen yıldızın dış katmanları, yoldaşının kütleçekimine kapılıp ona akabilir. Bu kütle aktarımı, yıldızların kaderini yeniden yazar: kütle kaybeden yıldız beklenenden farklı bir biçimde ölür, kütle kazanan yıldız ise gençleşmiş gibi parlar.

Algol bu alışverişin ders kitabı örneğidir. Sistemdeki daha hafif yıldız, yaşlılık evresine daha erken girmiş olandır. Normalde büyük kütleli yıldızın önce yaşlanması beklenir. Bu bilmecenin çözümü, bugün hafif olan yıldızın bir zamanlar daha ağır olması ve kütlesinin büyük kısmını yoldaşına kaptırmasıdır.

Büyük kütleli yıldızlarda bu ortaklık neredeyse kuraldır. Sıcak ve parlak O türü yıldızlar üzerine yapılan bir araştırma, bu yıldızların yüzde yetmişinden fazlasının hayatları boyunca bir yoldaşla madde alışverişi yapacağını, bu durumların yaklaşık üçte birinde iki yıldızın birleşip tek bir yıldıza dönüşeceğini buldu. Önceki derste anlatılan beyaz cüce patlamaları ve nötron yıldızı çarpışmaları da ancak böyle yakın çiftlerde gerçekleşebilir.

Yıldız kümeleri

Aynı buluttan doğan kalabalıklar, gökyüzünde yıldız kümeleri olarak görünür. Açık kümeler (open cluster) yüzlerce, bazen birkaç bin genç yıldızdan oluşan gevşek topluluklardır. Boğa takımyıldızında, Aldebaran'ın çevresinde V harfi çizen Hyadlar, bize en yakın açık kümelerden biridir. Aldebaran'ın kendisi kümenin üyesi değildir; bize daha yakın olduğu için önünde görünür. Açık kümeler zamanla dağılır ve yıldızları galaksiye karışır. Güneş'in de bir zamanlar böyle bir kümenin içinde doğduğu, kardeşlerinin çoktan dağıldığı düşünülüyor.

Küresel kümeler (globular cluster) ise yüz binlerce, hatta milyonlarca yaşlı yıldızın küre biçiminde sıkıştığı dev topluluklardır. Herkül takımyıldızındaki M13, yaz gecelerinde dürbünle bulanık bir top gibi görünür. Bu kümeler galaksinin en yaşlı nesneleri arasındadır ve birbirine sıkıca bağlı oldukları için milyarlarca yıldır dağılmamışlardır.

Aslında…

Ders başlığındaki "çoğunlukla" sözü, bu yüzden yıldızın türüne göre değişir. Sıcak dev yıldızlar için neredeyse bir kuraldır; sönük kırmızı cüceler için bir istisnadır.

Büyük resim

Çift yıldızlar, gökbilimin tartı aletidir. Yıldız kütlelerini onlar sayesinde ölçüyor, yıldızların hayat hikâyelerini onlarla sınıyoruz. Aynı zamanda evrenin en şiddetli olaylarının da sahnesidirler: süpernovaların bir türü, nötron yıldızı çarpışmaları ve kütleçekim dalgalarıyla duyduğumuz birleşmeler, hep yakın çiftlerde olur.

Kümeler ise aynı gün doğmuş kardeşler gibidir. Hepsi aynı uzaklıkta ve aynı yaşta olduğu için, farklı kütledeki yıldızların nasıl farklı yaşlandığını tek bir fotoğrafta görmemizi sağlarlar.

Özet

1. Yıldızlar parçalanan gaz bulutlarından gruplar hâlinde doğar; bu yüzden çift ve çoklu sistemler, açık ve küresel kümeler yaygındır.
2. Çiftleri teleskopla doğrudan ayırarak, tayf çizgilerinin Doppler salınımıyla ya da birbirini örten yıldızların parlaklık düşüşüyle tanırız; yıldız kütlelerini en güvenilir biçimde bu sistemlerden ölçeriz.
3. Yakın çiftlerde kütle aktarımı yıldızların kaderini değiştirir; büyük kütleli yıldızların çoğu çifttir, ama Güneş benzeri yıldızların yarısından fazlası ve kırmızı cücelerin çoğu tek yaşar.

Görev

Quiz

1. Yıldızlar neden sık sık çiftler ve gruplar hâlinde doğar?
2. Tayfsal çift nedir ve nasıl fark edilir?
3. Algol neden düzenli aralıklarla sönükleşir?
4. Çift yıldızlar yıldız kütlelerini ölçmede neden önemlidir?
5. "Yıldızların çoğu çifttir" sözü neden yıldızın türüne göre değişir?

Cevaplar

1. Yıldızları doğuran gaz bulutları çökerken parçalara ayrılır; her parça bir yıldız oluşturabilir ve yakın doğan yıldızlar birbirinin kütleçekimine takılır.
2. Teleskopla ayrılamayacak kadar yakın bir çifttir; tayf çizgilerinin düzenli aralıklarla ileri geri kaymasından ya da ikiye ayrılmasından fark edilir.
3. Çünkü yörünge düzlemi bize dönük bir örten çifttir; yıldızlardan biri öbürünün önünden geçtikçe toplam ışık azalır.
4. Dolanma süresi ve yörüngenin büyüklüğü, Kepler yasası aracılığıyla sistemin toplam kütlesini verir; kütle merkezine olan uzaklıklar da bu kütlenin yoldaşlar arasında nasıl bölündüğünü gösterir.
5. Büyük kütleli, parlak yıldızların çoğu çift ya da çoklu sistemlerdedir; ama Güneş benzeri yıldızların yarısından fazlası ve kırmızı cücelerin çoğu tektir.

Kaynaklar

Sonraki derse köprü

Algol'ün parlaklığı, bir yoldaş önünden geçtiği için değişiyordu. Ama bazı yıldızlar hiçbir yoldaş olmadan, kendi kendilerine şişip büzülerek parlaklık değiştirir. Bu nabız atışı öyle düzenlidir ki, bir yıldızın ne kadar hızlı yanıp söndüğü, gerçek parlaklığını ve dolayısıyla bize uzaklığını ele verir. Zonklayan bir yıldız nasıl bir mesafe cetveline dönüşür?