Açık ve Küresel Yıldız Kümeleri Nedir? Güneş ile Birlikte Doğan Yıldızlar Şimdi Nerede?

Başınızı kaldırıp göğe baktığınızda gördüğünüz birçok yıldız, en azından yaşamlarının bir kısmını yıldız kümelerinin içerisinde geçirmiştir. Yıldız kümeleri, ortak bir kökene sahip ve kütleçekimi ile birbirlerine bağlı olan milyonlarca yıldızdan oluşabilen topluluklardır.

Yıldız kümeleri, bütün üyeleri hemen hemen aynı zamanlarda oluştukları ve benzer özelliklere sahip oldukları için bilimsel açıdan ilgi çekicidir. Bu özelliklere örnek vermek gerekirse, kümenin içinde oluştuğu gaz ve toz bulutu belirli elementler açısından zenginse küme içerisinde oluşan yıldızlar da o elementlerden bol miktarda içermektedir.

İki çeşit yıldız kümesi vardır: açık (galaktik) ve küresel kümeler. Bu iki küme, çeşitli özellikleri bakımından birbirinden ayrılmaktadır.

Açık (Galaktik) Yıldız Kümeleri

Açık yıldız kümeleri (İng: "open clusters"); genelde düzensiz şekilde dağılmış, üye sayısı birkaç düzineden birkaç bine kadar değişebilen yıldız topluluklarıdır. Sıklıkla galaktik düzlemde bulunurlar ve küme üyelerinin çoğu, 10 milyar yıldan daha kısa süredir hayattadır. Hatta bazıları, kümenin doğduğu gaz ve toz bulutundan geriye kalanlarının içinde gömülü haldedir.

Açık yıldız kümelerini oluşturan yıldızlar, birbirlerine zayıf bir kütleçekimi ile bağlıdır. Bunun sonucunda küme, galaksi etrafındaki yörüngesinde dönerken diğer nesneler ile olan düzensiz etkileşimlerden ötürü parçalanabilir ve üyeleri kümeyi terk edebilir.

Yedi Kız Kardeş: Pleiades

Açık kümelerin küresel kümelere göre nispeten daha dağınık ve düzensiz olmasından dolayı kümeyi oluşturan yıldızlar, basit bir teleskopla bile tek tek, kolayca çözümlenebilmektedir. Hatta bazıları, çıplak gözle bile ayırt edilebilmektedir. Pleiades, bu kümelerden sadece birisidir.

NASA

Pleiades, çıplak gözle gözlemlenebilen en güzel Messier cisimlerinden birisidir. Binden fazla yıldız içeren bu kümenin "Yedi Kız Kardeş" olarak bilinen yedi parlak üyesi, ışık kirliliğinin nispeten az olduğu yerleşim birimlerinden bile gözlemlenebilmektedir. Bu kümeyi oluşturan yıldızların çoğu, 440 ışık yılı uzaklıktaki bir alanda kümelenmiştir.

Pleiades, Orion (Avcı) Takımyıldızının ayağının yakınındaki bir bölgeye doğru galaksi boyunca hareket etmektedir. Kümenin önümüzdeki 250 milyon yıl boyunca kütleçekimi ile bir arada kalması beklenmektedir. Ancak küme, hareket ettikçe üyeleri giderek birbirinden uzaklaşacak ve diğer birçok açık yıldız kümesi gibi parçalanacaktır.

Parçalanmakta Olan Küme: Büyük Ayı Hareketli Grubu

Çoğu takımyıldızını oluşturan yıldızlar, aslında birbirinden tamamen bağımsız ve alakasızdır. Örneğin ünlü Orion Takımyıldızını oluşturan yıldızlardan birisi olan Bellatrix, Dünya'ya yaklaşık 250 ışık yılı uzaktayken yine aynı takımyıldızında yer alan Rigel, Dünya'ya 800 ışık yılından daha uzaktadır.

Ancak Büyük Ayı Takımyıldızı için durum biraz daha farklıdır. Büyük Ayı Hareketli Grubu (İng: "Ursa Major Moving Group"), parçalanan bir açık yıldız kümesine örnektir. Bu küme; birkaç yüz milyon yıl önce, 78 ila 84 ışık yılı uzaklıkta oluşmuştur ve şu anda 30 ışık yılı çapındaki bir alana dağılmaktadır. Takımyıldızının 6 parlak üyesi, bu kümeye mensuptur.

Küresel Yıldız Kümeleri

Küresel yıldız kümeleri (İng: "globular clusters"); binlerce, hatta milyonlarca yıldızdan oluşan oldukça yoğun yıldız topluluklarıdır. Çoğunlukla galaksi halesinde dolanırlar ve galaksinin en yaşlı yıldızlarından oluşmaktadırlar.

COSMOS - The SAO Encyclopedia of Astronomy

Küresel yıldız kümeleri, yüz binlerce yıldızın meydana getirdiği yüksek kütleçekiminden ötürü küresel bir şekil alırlar. Neredeyse hiç gaz ve toz bulutu içermezler.

Belirli bir galaksideki küresel küme sayısı, galaksinin kütlesi ile ilişkili gibi görünmektedir. Samanyolu Galaksisinde bilinen yaklaşık 150 küresel küme bulunmaktadır. Bununla beraber, galaksinin kalın diskinin ardında gizlenen daha fazla kümenin olması da muhtemeldir. En yakın galaktik komşumuz Andromeda Galaksisi ise 400'den fazla küresel kümeye ev sahipliği yapmaktadır. Birkaç trilyon yıldız içeren devasa bir eliptik galaksi olan M87 ise yaklaşık 15 bin küresel küme içermektedir!

NASA

Samanyolu'nun En Büyük Yıldız Kümesi: Omega Centauri

Omega Centauri, yaklaşık 10 milyon yıldız ile Samanyolu Galaksisi'nin en büyük küresel yıldız kümesidir ve Dünya'dan yaklaşık 15 bin ışık yılı uzaklıkta yer almaktadır. 150 ışık yılı çapındaki bu devasa küme, tipik bir küresel kümeden 10 kat daha büyüktür!

Omega Centauri; o kadar yoğundur ki kümenin çekirdeğindeki yıldızların birbirine uzaklığı, ortalamada sadece 0.16 ışık yılıdır. Kıyaslama bakımından Güneş'e en yakın yıldız, yalnızca 4.2 ışık yılı uzaklıktaki Proxima'dır. Yani küme çekirdeğindeki yıldızlar birbirine son derece yakın konumlanmıştır.

NASA

Küresel Kümelerdeki "Orta Büyüklükteki" Kara Delikler

Küresel yıldız kümeleri, oldukça sıkışık yerlerdir ve bu onları, galaksinin geri kalanına göre çok daha yoğun yerler yapmaktadır. Bu yoğunluk; küresel yıldız kümelerindeki kara delik, nötron yıldızı ve beyaz cüce gibi kompakt nesnelerin varlığının artmasına sebep olmaktadır. Öyle ki yapılan teorik hesaplamalar, küresel kümelerde bu nesnelerin meydana gelme sıklığının galaksinin geri kalanından yaklaşık 100 kat fazla olduğunu göstermektedir.

Hubble Uzay Teleskobu ile elde edilen görüntüler ve Şili'deki Güney Gemini'de bulunan gözlemevindeki GMOS tayfölçerinden alınan veriler; Omega Centauri'nin merkezinde, bulunması zor ve nadir bir orta kütleli kara delik barındırıyor olabileceğini gösterdi. Garching'deki Max Planck Dünya Dışı Fizik Enstitüsü'nden astronom Eva Noyola, bu konuda şunları söylüyor:

Bu sonuç; kara delikler için süper kütleli, orta kütleli ve küçük kütleli türlere kadar sürekli bir kütle aralığı olduğunu gösteriyor.

Noyola ve meslektaşları, Omega Centauri'nin merkezindeki yıldızların hareketlerini ve parlaklıklarını ölçtüler. Yapılan hesaplamaların sonuçları, kümenin merkezinde neredeyse 40 bin Güneş kütlesine sahip bir kara deliğin varlığına işaret etmektedir.

Omega Centauri, kara delik içeren küresel yıldız kümelerinden sadece birisidir. Hubble Uzay Teleskobu, daha önce Andromeda Galaksisi'nde bulunan G1 kümesinin merkezindeki 20 bin Güneş kütlesine sahip bir başka orta büyüklükteki kara deliğin varlığını göstermişti.

Bu gözlemden önce -yakındaki Andromeda Galaksisi'ndeki G1 küresel kümesinde bulunan- sadece bir tane orta kütleli bir kara delik örneğine sahiptik.

ESA

Aynı şekilde yine Hubble'dan gelen veriler, galaksimizde yer alan M15 küresel kümesinin de merkezinde yaklaşık 4 bin Güneş kütleli bir kara delik barındırdığını söylemektedir.

NASA

Küresel kümelerin merkezlerindeki kara delikler, galaksilerin oluşumuna dair sorulara cevap olabilir. Baltimore'daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nden Roeland Van Der Marel, bu durum hakkında şunları söylemektedir:

Hubble'dan gelen bu yeni veriler ile sadece kara deliklerin oluşumunu öğrenmekle kalmayacağız. Bu veriler; küresel kümeleri galaksilere bağlamamıza yardımcı olacak, bugün astronomide çözülememiş en önemli sorunlardan birisi hakkında bilgi sağlayacak: galaksi yapısının evrende nasıl oluştuğu.

Austin'deki Texas Üniversitesi'nden Karl Gebhardt, Hubble'ın bulduğu orta kütleli kara deliklerin çoğu galaksinin merkezinde bulunan süper kütleli kara deliklerin yapı taşları olabileceğini söylüyor:

Kara delik oluşumunun iki ana teorisi var: Ya galaksi oluşurken ortasına çok fazla malzeme koyarak kara deliği bir kerede yapabilirsin; ya da tohum gibi, zamanla büyüyen bir kara delik ile başlayabilirsin. Gözlemsel kanıtlar şunu gösteriyor: küçük bir kara delik ile başlama fikri.

Astronomlar, yaklaşık 30 yıldır küresel kümelerde kara delikler aramaktaydı. Önlerindeki tek engel, yer tabanlı teleskopların küme merkezinde var olduğu düşünülen kara deliğe en yakın yıldızları kolayca çözememesiydi. Ancak Hubble Uzay Teleskobu'nun yüksek çözme gücü, bu engelin aşılmasını sağladı. Araştırmacılar, yıllardır süregelen kara delik arayışının artık sona erdiğini söylüyor.

Yıldızların Metalliği ile Küme Yaşı Tayin Etme

Bir kümenin yaşı, üyelerinin içerdiği elementler aracılığıyla belirlenebilir. Genç kümeleri oluşturan yıldızlar, metallik bakımından daha zengindir. Tam tersi, yaşlı kümeler ise metallik bakımından oldukça fakirdir. Çünkü bu kümeler, evrende henüz daha ağır elementler oluşmadan önce meydana gelmiştir.

Samanyolu Galaksisi'nin merkezine yakın olan küresel yıldız kümeleri, daha uzaktaki kümelere göre daha yaşlıdır. Bu, daha genç kümelerin diğer galaksiler ile birleşme sırasında oluştuğunu ve eski kümelerin galaksinin doğduğu zamanlardan kaldığını göstermektedir.

Güneş'in Doğduğu Küme

Güneş; 4.5 milyar yıl önce muhtemelen bin ila 10 bin yıldız içeren, yoğun olmayan bir açık yıldız kümesinde doğdu. Bunu biliyoruz, çünkü yoğun kümelerde oluşan yıldızlar, birbirlerini sürekli olarak kütleçekimi ile etkilemektedir ve bu durum, yıldızların etrafındaki gezegenleri oluşturacak disklerin dağılmasına neden olmaktadır. Oysa Güneş, Dünya'yı da içeren oldukça geniş bir gezegen sistemine sahiptir.

NASA

Güneş'in Oluşumu

Aslında pek çok bulutsu, tetiklenene kadar hareketsiz ve durgundur. Bu durum, gelecekte Güneş Sistemi'ni oluşturacak gaz ve toz bulutu için de geçerliydi. Ancak; Güneş var olmadan milyonlarca yıl önce, bir şeyler bulutsuyu uyardı. Astronomlar, buna bir süpernovanın sebep olduğunu düşünmektedir. Bir süpernovadan gelecek şok dalgaları, bulutsuyu etkileyerek yıldız oluşum aktivitesini başlatabilmektedir. Göktaşları üzerinde yapılan çalışmalar, Güneş Sistemi'ni oluşturacak bulutsunun bir süpernova aracılığıyla tetiklendiği fikrini de doğrulamaktadır.

Güneş'in ve Güneş Sistemi'nin oluşumunu, evrimini merak ediyorsanız şu yazımızı okuyabilirsiniz. Burada, konunun sapmaması için detaylarına girmeyeceğiz.

Kümenin Parçalanması

Açık yıldız kümelerinin üyeleri birbirlerine zayıf bir kütleçekimi ile bağlıdır. Bundan dolayı açık yıldız kümeleri, hareket ettikçe milyonlarca yıl içerisinde parçalanmaktadır.

Güneş, Samanyolu Galaksisi etrafındaki bir tam turunu 200-250 milyon yılda tamamlamaktadır. Dolayısıyla yıldızımız, galaksi etrafında şimdiye kadar 18 tam tur atmıştır (şu an 19. turun içerisindeyiz). Bu süre, bir açık yıldız kümesinin dağılıp parçalanması için fazlasıyla yeterlidir.

Güneş'in Kayıp Kardeşlerini Aramak

Aynı yıldız kümesinde oluşan yıldızlar, kümenin oluştuğu bulutsunun izlerini taşımaktadır. Çünkü, benzer kimyasal bileşimlerden oluşmuşlardır. Bu, adeta bir "parmak izi" gibidir. Örneğin, Pleiades kümesindeki yıldızların spektrum verilerini incelerseniz onların aynı gaz ve toz bulutundan oluştuğunu rahatlıkla anlayabilirsiniz.

Astrojolo

Austin'deki Texas Üniversitesi'nde bir astrofizikçi olan baş çalışma yazarı Ivan Ramirez, bu konuda şunları söyledi:

Birkaç kimyasal elementin -örneğin baryum ve itriyum- bolluk oranı, bu kimyasal parmak izinin kilit parçalarıdır.

Artık astronomların elinde galaksimizdeki yüz binlerce yıldızın ayrıntılı spektrum verileri var. Bu sayede astronomlar, çeşitli yıldızların özelliklerini Güneş ile kıyaslayabilmektedir.

HD 162826

Ramirez ve ekibi, Güneş'in kardeşlerini ararken yıldızların spektrum verilerinin yanı sıra yörünge parametrelerini de incelediler. Çünkü; bir yıldızın Güneş ile kardeş olup olmadığının belirlenmesindeki en önemli kriterlerden birisi de aynı doğum noktasını paylaşıyor olup olmamasıdır.

Yapılan çalışmalar sonucunda Güneş ile aynı element bolluklarına ve yörünge parametrelerine sahip olan HD 162826 yıldızı, Güneş'in kardeşi olarak tanımlandı. HD 162826, muhtemelen 4.5 milyar yıl önce Güneş ile aynı yerde doğdu.

Ramirez, bu konuyu şöyle dile getirdi:

Bir Güneş kardeşi bile bulabilmek heyecan verici. Hiçbirini keşfedemeyeceğimiz bekleniyordu. Bulabileceğimiz bu yıldızların sayısının çok düşük olmasını bekliyoruz.

HD 162826, Güneş'in kardeşi olmasına rağmen ikizi değildir ve Güneş'ten yüzde 15 daha büyüktür.

Ramirez'e göre, HD 162826'nın etrafında Jüpiter gibi bir dev gezegenin varlığı pek olası değildir. Ancak Dünya, Mars veya Venüs gibi daha küçük karasal gezegenler olabilir.

HD 162826'nın Güneş Sistemi ile aynı doğum yerini paylaşması ve karasal gezegenlere sahip olma ihtimali; onu, Dünya dışı yaşam araştırmaları için önemli bir hedef haline getirmektedir. Ramirez; bu ihtimalin küçük ama sıfır olmadığını, yaşamı taşıyan maddelerin yıldızlararası seyahat ederek Dünya'daki yaşam tohumlarını diğer yıldız sistemlerindeki gezegenlere taşıyabileceğini söyledi.

Güneş kardeşlerinin dünya dışı yaşam arayışında kilit adaylar olduğu iddia edilebilir.

Gaia Misyonu

2013 yılında ESA tarafından başlatılan Gaia misyonu, paralaks yöntemi ile galaksimizdeki 1.3 milyar yıldızın hareketlerini ve mesafeleri hakkında veriler elde etmektedir. Uzaydan yapılan ölçümler sayesinde, yer tabanlı yapılacak ölçümlerden çok daha iyi sonuçlar elde edilebilmektedir.

Gaia aracının bilim insanlarına sunduğu bu geniş imkânlar sayesinde Güneş'in kardeşlerini aramak çok daha kolaylaşacak. Ramirez'in söylediklerine göre üstünde çalışabilecekleri yıldız sayısı, 10 bin kat artacak!

Bilimin keşfedeceği Güneş'in kardeşi olan her yıldız, bizi Güneş Sistemi'nin kökenlerini anlamamıza bir adım daha yaklaştıracak.