Nötron Yıldızları Arasındaki Kimya

0
782
Warwick Üniversitesi/Mark Garlick/ESO

Astronomlara göre bu kozmik nesnelerin çarpışmasından ağır elementler oluşuyor.

17 Ağustos 2017 yılında astronomlar iki nötron yıldızının çarpışıp birleşmesi ve bir kilonova (radyoaktif oluşumlar nedeniyle görülebilen ışık aralığında gerçekleşen ışıma) oluşmasıyla meydana gelen kütleçekimsel dalgaları gözlemlediklerinde bilim çevrelerinde yer yerinden oynamıştı. Bunun ardından bilim insanları bu tür kozmik çarpışmalardan altın veya platin gibi ağır elementler ortaya çıkmasını beklemişlerdi. Şimdi ise Max Planck Ensititüsü Heidelberg Astronomi bölümü araştırmacıları, Hızlı nötron yakalama süreci (r-process) adı verilen bu evrede gerçekten demirden ağır bir element ortaya çıktığını tespit ettiler: Stronsiyum. Astronomlar artık iki nötron yıldızının fizyonundan böyle bir süreç meydana geldiğini ve yeni elementlerin oluşması için zemin oluşturduğunu kesin olarak söyleyebiliyorlar.

Yıldızların çekirdeklerinde gerçekleşen nükleer füzyonun helyumdan demire kadar birçok atomun kaynağı olduğu, azot ve helyum gibi hafif elementlerin Büyük Patlama ile ortaya çıktığı biliniyor. Ancak altın, kurşun ve uranyum gibi ağır elementlerin nasıl oluştuklarına dair kesin bir kanıt mevcut değildi. Bilim insanları ağır atomların meydana gelmesi için serbest nötronların mevcut yapıtaşlarına tutunmasını sağlayan bir sürecin var olduğunu varsayıyorlar. Bu mekanizmanın hızlı gerçekleşen versiyonuna hızlı nötron yakalama ya da “r-process” deniyor (r harfi, İngilizce rapid kelimesine karşılık geliyor). Halihazırda hangi nesnelerin bu reaksiyonun gerçekleşebileceği ortamlar olduğuna dair çalışmalar yürütülüyor. Olası alternatifler arasında, nadir görülen supernova patlamaları ve ikili nötron yıldızları gibi yoğun yıldız kalıntılarının birleşmesi de var.

İki nötron yıldızının çarpışması ile yayılan ışık olan kilonova, gündüz saatlerinde bile yeryüzünden çıplak gözle rahatlıkla görülebilecek bir yıldız parlaklığına ulaşabilir (solda) ve bir hafta sonra bile (sağda) rahatlıkla gözlemlenebilir. N. Gupte

Çoğunluğu Max Planck Enstitüsü Astronomi bölümünden Camilla Juul Hansen liderliğindeki uluslararası bir astronom ekibi, iki nötron yıldızının füzyonu sırasında gerçekleşen hızlı nötron yakalama sürecinde oluşmuş stronsiyum elementinin izlerini keşfettiler. 38’i proton olan ortalama 88 nükleonluk (atom çekirdeğini oluşturan proton ve nötronların ortak adı) bu elementin demirden daha ağır olduğu tespit edildi.

Selestit ve stronsiyanit minerallerinde bulunan ağır bir alkali metal olan stronsiyum yumuşak, gümüşsü beyaz görünüme sahip son derece reaktif bir elementtir. Eski tüplü televizyonlardan yayılan X-ışınlarını bloke etmekte, karanlıkta ışık yayan boya üretiminde, kemik fosillerindeki iyon sayısına göre eski insan ve hayvanların yaşamış oldukları coğrafyaya ait bilgiler elde etmekte kullanılır. I. Bartos/Arxiv.org, 2019

Patlama ile gerçekleşen bu birleşme sonunda ışık hızının %20 ila %30’u kadar hızlı bir kabuk genişlemesi oluştu. Bu kabukta yer alan stronsiyum bile tek başına 5 dünya kütlesi kadardı (1 Dünya kütlesi= 6×1024 kg). Dolayısıyla araştırmacılar böyle bir çaprışma ile, ağır elementlerin oluşmasına neden olan “r-process” için gerekli koşulların sağlandığına dair ilk kez kanıt elde etmiş oldular. Bu bulgu ayrıca, nötron yıldızlarının nötronlardan oluştuğu savını da gözlemsel olarak kanıtlamış oldu.

Hızlı Nötron Yakalama (R-process) illüstrasyonu: Nötronlar hızla büyük yığınlar oluştururken her bir nötron da protonlara bozunuyor. Her reaksiyonun ardından bir elektron ve bir antinötrino yayılıyor (Müllerthann/MPA). King of hearts/Wikimedia Commons (CC-BY-SA-3.0)

Hızlı nötron yakalama süreci gerçekten de çok hızlı. Bir santimetrekare genişliğinde bir alana saniyede 1022’den fazla nötron hücum ediyor. Biriken nötronların bir kısmı, “beta bozunumu” adı verilen bir işlem ile protonlara dönüşüp birer elektron ve birer antinötrino yayıyor. Bu mekanizmanın en önemli özelliği ise nötronların, yeni oluşan yığınların tekrar parçalanmasından çok daha hızlı bir araya gelmesi. Bu sayede bir saniyeden daha kısa bir sürede tek bir nötrondan bile ağır elementler oluşabiliyor. Hansen, bu çalışmanın sonuçlarının ağır elementlerin kozmik kaynaklarını keşfetmek açısından önemli bir adım olduğunu düşünüyor ve araştırmalarda kullanılan yeni yöntemlerin gelecekte hızlı nötron yakalama süreçleri ile ilgili çok daha fazla bilgi sahibi olunmasına yardım edeceğine inanıyor.

 

 

 

 

Hazırlayan: Tan Bodur.

CEVAP VER

Please enter your comment!
Please enter your name here