Hepimiz Yıldız Tozuyuz! Ama Nasıl? Ne Kadar?

Tarihin en önemli bilim insanlarından Carl Edward Sagan’ın ikonik cümlesini bir çoğunuz duymuşsunuzdur: "Hepimiz yıldız tozuyuz." Dilimize bu şekilde çevrilen cümlenin ("We are made of star stuff") aslında birebir çevirisi "Hepimiz yıldız özlerinden yapılmayız." şeklindedir; fakat kabul etmek gerekir ki, benimsenen ilk çeviri daha etkili ve vurucu. 

Sagan, hem kitap olarak hem de 13 bölümlük bir belgesel dizisi olarak yayınlanan eseri Cosmos’ta; dişlerimizdeki kalsiyum, kanımızdaki demir ve elma turtalarındaki karbonun, çöken yıldızların içinde oluştuğunu yazmış ve anlatmıştı. Dünyaca sevilen ve ilgi uyandıran Cosmos’un televizyon uyarlaması daha sonra 2014 senesinde Neil deGrasse Tyson sunumuyla tekrar çekilmiş ve yayınlanmıştı. Henüz okumadıysanız Sagan’ın Cosmos adlı eserini ve izlemediyseniz de hem Sagan’ın hem de Tyson’ın sunumlarıyla yayınlanan Cosmos belgesellerini tavsiye ederiz. Tüm belgesel tavsiyelerimizi buradan görebilirsiniz.

Yıldız tozu olmamız konusuna dönersek Büyük Patlama Teorisi’ni göz önüne aldığımızda, Sagan’ın bu sözünü yanlışlama ya da onaylama noktasında pek bir ihtiyacın olmadığı, bilim camiasınca kabul edilen yaygın bir görüştür diyebiliriz. Zira bu teori, Evren’in oluşumu ve büyük ölçekli evrimiyle ilgili yaygın olarak kabul edilen bir kozmik model. Yine de bu iddianın gözlemini, ölçümünü yapmak istesek nereden ve nasıl başlamak gerekir? 

Murat Sana

Büyük Patlama'ya Dönüş...

Büyük patlama anında evrenin sonsuz sıcaklıkta olduğu düşünülür (büyüklüğünün ise sıfır) ve sadece saniyeler sonra, atom altı boyutta parçacıklar bir araya gelmeye başlamıştır (foton, elektron, proton). Ancak elektronların atom çekirdeği etrafında hapsolup da ilk Hidrojen (H) atomunu oluşturmaları Büyük Patlama'dan sonra 380.000 yıl kadar almıştır. Hidrojen, çekirdeğinde sadece bir proton barındıran, periyodik tablodaki ilk elementtir. Böylece elementlerin yolculuğu da başlamıştır.

Evrenin genişlemesi ve soğuması devam ettikçe kütle çekiminden kaçamayan hidrojen atomları birbirleriyle çarpışmaya başlamıştır. Nükleer füzyon olarak da bilinen bu süreçte, hidrojen atomlarının çekirdeklerinin birleşmesi sonucu (çekirdeklerinin birleşip, tek bir çekirdeğin iki protona sahip olmasıyla) Helyum (He) atomları oluşmuştur. Bu da bilindiği gibi periyodik tablodaki ikinci elementtir. Hidrojenin helyuma dönüşmesiyle ortaya büyük miktarda ışık ve enerji de çıkmaktadır ve bu bizim genel anlamda tanımladığımız yıldızdır. İki atomun birleşerek ışık, ısı ve büyük bir enerji açığa çıkarması, Einstein’in ünlü $E=m{c}^2$ formülüne bir örnektir. 

Yıldızların, bizim Güneş'imiz gibi, ihtiyacı olan enerjiyi, hidrojen atomlarını helyuma dönüştürmesi gibi (ve büyük miktarlarda ışık ve enerji ortaya çıkararak) daha hafif elementleri daha ağır elementlere nükleer füzyon ile dönüştürmesi sonucu, evrende bildiğimiz ve gözlemlediğimiz elementler oluştu. Tabii ki bu elementlerin oluşması belirli bir sıra ve düzen içinde olmuyor ve bilindiği kadarıyla bu şekilde oluşan en ağır element Demir (Fe). Bu konuda daha fazla bilgiyi buradaki makalemizden alabilirsiniz.

Evrenbilimde kullanılan terimlerden biri olan “süpernova”, Güneş’ten katbekat büyük yıldızların ömürlerinin son demlerine ulaştıklarında meydana gelen fevkalade şiddetlice patlamasına denir. Süpernovalar, parlaklığıyla, milyarlarca yıldızdan oluşan galaksilerin parlaklığını gölgede bırakabilir ve patlama esnasında yüz ya da daha fazla ışık yılı mesafesi dahilinde kalan herhangi bir şeyi tahrip edebilir. Ancak süpernovaların muhteşemliği bununla sınırlı değil. Onlar, aynı zamanda, etrafımızda gördüğümüz çoğu ağır elementin oluşumuna izin vererek yaşamın ortaya çıkmasını sağlamışlardır.

Dünya yaşamının temel yapı taşı olan karbon, yıldızların normal evrelerinde oluşan en ağır metaldir. Ancak sodyum, kurşun, altın ya da uranyum gibi karbondan daha ağır elementlerin oluşumu için cılız bir “kırmızı dev”in verebileceği enerjiden daha fazla enerjiye gerek vardır ve bu enerji de ölmekte olan bir yıldızda bulunur. (Kırmızı dev, yıldızın düşük ya da orta kütleye sahip olduğu geç dönemidir). Büyük yıldızların enerjisi bitene kadar içinde yarattığı bu yeni ağır elementler, daha sonra süpernova patlamasıyla birlikte yıldızlararası ortama “saçılır”.

Bu saçılan elementler, bizimkisi gibi yıldız ve gezegenleri oluşturur. Tabii ki, üzerlerinde oluşan diğer her şeyi de... Buna, canlılık ve doğal olarak insanlar da dahil!

Tıpkı kuyruklu yıldızlar, asteroitler ve ağır elementlerden oluşmuş diğer her şey gibi Dünya’mız da süpernovalar tarafından uzaya saçılan kalıntı yığınından oluşmuştur. Dünya’yı oluşturmuş bu malzemeden ortaya çıkmış olan bizlerin de içeriğinde, elbette ki, bu süpernova şarapnelleri var. DNA’mızdaki nitrojen, kanımızdaki demir, dişlerimizdeki kalsiyum… Tüm bunlar çöken yıldızların içinde meydana geldi.

Vücudumuzdaki Elementler

Kısaca evrendeki elementlerin nasıl oluştuğundan bahsettikten sonra dünyamıza dönecek olursak; dünya üzerinde en çok bulunan ve kütlece vücudumuzda %97’imizi oluşturan elementler şu şekildedir: karbon, hidrojen, nitrojen, oksijen, sülfür ve fosfor (bu elementler, simgelerinden gelen ve canlılığı temsil eden ismiyle, CHNOPS adıyla da bilinir).

New Mexico Eyalet Üniversitesinden Sten Hasselquist, son yapılan yıldız kataloglama çalışmasında CHNOPS’u ilk defa yoğun bir şekilde galaksimizde görebildiklerini ifade etti. 150.000’den fazla yıldızın araştırılmasıyla yapılan bu çalışmada, iki düzineden fazla kimyasal element gözlemlendi ve kaydedildi. Sloan Digital Sky Survey’deki astronomlar tarafından yapılan bu gözlemler, New Mexico’daki Apache Nokta Gözlemevi’nde kısaca APOGEE (Apache Galaktik Evrimsel Çalışma Nokta Gözlemevi) olarak bilinen spektrograf ile yapıldı. Dünya benzeri gezegenler bulma amaçlı oluşturulan NASA’nın Kepler göreviyle örtüşen bu çalışmada yaklaşık 200.000 yıldız gözlemlendi.

Genelde hidrojen içeren yıldızlarda küçük oranlarda da olsa oksijen gibi ağır elementler de gözlemlenebilir. Yapılan gözlemlerde APOGEE, ağır elementleri galaksimizin daha çok iç kısmında buldu. Galaksinin iç kısmı daha yaşlı olduğundan, bir çok elementin galaksinin dış bölgesine göre daha erken zamanlarda, iç bölgede oluştuğunu söylemek mümkün. Vücudumuzu, canlılığı oluşturan bu elementleri galaksimizde de görüyor olmak, bizlerin de içinde bulunduğumuz galaksinin bir parçası olduğumuzu anlatıyor. Milyarlarca yıllık süregelen evrenin evriminin parçası olduğumuzu yani özetle yıldız tozu olduğumuzu gösteriyor.

Tam Olarak Yüzde Kaç Yıldız Tozuyuz?

Konuya biraz daha yalın ve sayısal açıdan bakıp, yıldız tozu olmayla ilgili yaklaşık da olsa bir yüzdeye ulaşabilir miyiz? Hidrojen atomlarının evrendeki ilk oluşan atom olduğundan bahsetmiştik ve bunu takiben de yıldızların nükleer füzyon ile daha ağır elementleri oluşturduğundan. Yani özetle, hidrojen dışındaki elementleri “yıldız tozu” olarak anmak pek de hatalı olmaz. O zaman vücudumuzdaki hidrojen atomları dışındaki atomları kabaca hesaplamak bize bu konuda yaklaşık bir sonuç verebilir. 

Vücudumuz $7\times 10^{27}$ adet atomdan oluşmaktadır (tabii ki yaklaşık bir değerdir, bir tel saç bile bu sayıyı ciddi oranda değiştirebilir). Bunun ise yaklaşık $4.2\times 10^{27}$ tanesi hidrojen atomudur. Bu da bize $2.8\times 10^{27}$ gibi bir “yıldız tozu” olarak adlandırılabilecek atom sayısı verir. Yani vücudumuzdaki atomların %40’ı “yıldız tozu”dur.

Konuya bir de kütlece bakmaya çalışalım: Hidrojen dışındaki atomlar daha ağırdır ve insan vücudu kütlece %60 sudan oluşmaktadır. Hidrojen ise bu kütlenin sadece %11’ini oluşturmaktadır. Bu da bize hidrojenin vücudumuzda kütlece yaklaşık %7’lik bir kısmı oluşturduğunu ve %93 oranında ise “yıldız tozu” olduğumuzu gösterir. 

Yıldızlara bakıp dilek tutarken aklınızda bulunsun; çünkü bizler gerçekten Sagan’ın da dediği gibi “yıldız tozu”yuz, kütlece %93 oranında...

Bu konuda daha fazla bilgi almak için buradaki makalemize göz atabilirsiniz.

Vücudumuzdaki Karbon Atomları

Canlılık için karbonun önemi aşikardır: Eğer karbon atomları olmasaydı, Dünya'da yaşam evrimleşemeyecekti. Bu durumda vücudumuzdaki karbon atomlarının oranı da özel bir ilgi alanı olmaktadır.

İnsan vücudunda, yaklaşık 9.000 adet kurşun kaleme “kurşun” sağlayacak kadar karbon atomu bulunur! "Kurşun" diyoruz, çünkü aslında kalemlerimizde bulunan metal "kurşun" elementi değil, karbon atomlarından oluşan grafittir.

Bir insanın toplam kütlesinin %18 civarı karbondur; yani 70 kilogramlık bir insanda 13 kilogram civarında karbon atomu bulunur. Eğer ki bir kalemde 1.5 gram grafit bulunduğunu varsayacak olursanız, basit bir hesaplama ile 13 kilogram karbon atomu ile 9000 civarında kurşun kalem üretebileceğnizi görebilirsiniz.

Eğer ki biraz daha "üst düzey" düşünmek isterseniz: İnsan vücudundaki karbon atomlarını kullanarak 50-100 civarında standart boyutta elmas üretmek mümkündür. Aslına bakarsanız Chicago'da kurulmuş olan LifeGem isimli firma, insanların ölülerinden karbon toplayarak elmas üretmeyi hedefleyen ilk firmadır.