Evrenin Sırları Hepimiz Yıldız Tozumuyuz Büyüleyici Bir Bakış

Yeni araştırmalar, bilimin popülerleşmesine büyük katkı sağlayan Carl Sagan’ın söylediğini teyit ediyor: İnsanlar gerçekten “yıldız elementlerinden” oluşuyor – ve artık insanoğlunun elinde bunu ispat edecek haritalar var.
IBTimes’da ve Gizmodo’da yer alan habere göre, New Mexico’daki Sloan Sayısal Gökyüzü Araştırması(SDSS) bölümünde çalışan bir grup astronom, Samanyolu Galaksisi boyunca yaklaşık 150 bin yıldızın bileşimini analiz etmek için APOGEE(Apache Point Observotary Galaktik Evrim Deneyi) spektografını kullandı. Ekip, yıldızların her birinde karbon, hidrojen, azot, oksijen, fosfor ve sülfür olmak üzere “CHNOPS” elementleri miktarını kataloglamış ve galaksideki bu yaşam yapı taşlarının prevalansını(yayılma durumunu) çizmişti.
Araştırmacılar, spektroskopiyi, -madde ve elektromanyetik radyasyon arasındaki etkileşimin ölçülmesi- her bir elementin varlığını hesaplamak için kullandılar ve bir yıldızın içinden geçen her bir element tarafından yayılan kendine has bir ışık dalga boyu bulundu. Oluşturulan kompozisyonu saptamak için yıldızların ışık yelpazesinde parlak ve karanlık yamalar hesaplandı.
Araştırmacılar, Samanyolu Galaksisi merkezinin CHNOPS elementlerinin en bol olduğu bölge olduğunu keşfetti. Ancak, belki de araştırmayı daha da ilginç kılan unsur, birçok yıldızın arasında dağılmış halde bulunan bu çok önemli elementlerin aynı zamanda vücudumuz kütlesinin %97’sini oluşturmasıdır.
Başka bir deyişle, tam anlamıyla hepimiz “yıldızların çocuklarıyız!”
Her maddenin atomlardan oluştuğunu biliyoruz. Ancak maddeler incelenirken moleküller göz önüne alınır. Örneğin iki hidrojen ve bir oksijen atomu, su molekülünü ortaya çıkarır. Su dediğimiz akıcı madde, bu yapıdaki moleküllerin bir arada oluşudur. Kendimizin yapısı da böyledir. Yani biz insanlar, tıpkı diğer maddeler gibi birer molekül topluluğuyuz. Tabii ki diğer canlılar da böyledir.
Evrende bol miktarda karbon vardır. Bu element, yaşam açısından büyük önem taşır. Doğada hem yalın halde, hem de başka elementlerle yaptığı bileşiklerin içinde bulunur.
Örneğin elmas, grafit, kömür gibi maddelerde yalın haldedir. Bitki olsun, hayvan olsun bütün canlı maddeler karbon bileşiklerinden oluşmuştur. Diğer bir ifade ile karbon, hayat için gerekli olan karmaşık moleküller meydana getirir.
Her canlı gibi biz insanlar için önemli olan diğer molekül ‘su’dur. Su, organik kimya çalışmalarını mümkün kılar. Bazı ısı derecelerinde sıvı haldedir ve iyi bir çözücüdür. Yerkürenin oluşumu sırasında bu iki madde bol miktarda vardı. Hepimiz su, kalsiyum ve organik moleküller karışımıyız. Diğer canlılar da aynı moleküller karışımından meydana geliyor. Yaşamın temelini oluşturan sadece atom ve moleküller değildir. Önemli olan bunların bir araya diziliş şeklidir.
Ama dikkat çekici olan şey, bu maddelerin etrafımızda da yer alışı.
Örneğin karbonu yaktığımız kömürün içinde kolayca buluruz. Kalsiyum ise okulda kullandığımız tebeşir olarak vücudumuzda vardır. Proteinlerimizdeki nitrojen, soluduğumuz havanın içindedir. Kanımızdaki demir, herhangi bir nalburdaki çiviyi oluşturan maddenin aynısıdır.
Durumun böyle oluşu ilk bakışta insana biraz tuhaf görünebilir. Bir kömür veya tebeşir ile aynı molekülü taşıyan elementlerden oluşmamız bize garip gelir.
Hatta çoğu kişi için inanılmaz bir olaydır. Ama tam tersi olması daha tuhaf olmaz mıydı? Yani doğada olmayıp sadece bizde mevcut olan temel yapı elemanları ile nasıl yaşayabilirdik? Zira yaşam, organizma ile doğa arasında oluşan ilişki ile mümkündür.

Evrenin hammaddesi:

Çevremizdeki her şey, hayvanlar, bitkiler, toprak, hava, cep telefonumuz, otomobilimiz, gezegenler, yıldızlar ve elinizde tuttuğunuz dergi “atom” adı verilen, maddenin temel yapıtaşlarından oluşmuştur. Peki, atomların kökeni nedir? Bu sorunun yanıtı gerçekten heyecan verici. Çünkü bizi ve çevremizdeki her şeyi oluşturan elementler, Büyük Patlama’ dan süpernova patlamalarına kadar birçok olayı yaşamışlar.
Vücudumuzdaki atomların büyük bölümü, 13,7 milyar yıl önce Büyük Patlama’nın hemen ardından oluşmuş ve o günden bu yana değişmeden kalmış durumda. Evrende en çok bulunan element olan hidrojen, vücudumuzdaki atomların da çoğunu oluşturuyor. Evrenin yaklaşık % 90′ını, vücudumuzunsa yaklaşık % 60′ını oluşturan hidrojen, ilkel evrenin oluşturabileceği, sadece bir proton ve bir elektrondan oluşan en basit element.
Baştan başlayalım… Bir periyodik tabloya baktığımızda hidrojenin ardından helyum gelir. Büyük patlama sonrasında, hidrojenden çok daha az miktarda olmakla birlikte, iki proton ve iki nötrondan oluşan helyum çekirdekleri de oluştu. Ancak bir soy gaz olan helyum, yaşam için gerekli diğer elementlerle bileşik oluşturmadığı için vücudumuzda neredeyse hiç bulunmaz. Üçüncü sırada bulunan lityumsa eser miktarda oluştu. Evren çok hızlı soğuduğu için lityumdan daha ağır elementlerin bu süreçte oluşacak fırsatları olamadı.
Bu elementlerin oluşabilmesi için gereken basınç ve sıcaklığı ortaya çıkarabilecek başka türlü mekanizmalar gerekiyordu.
Evren birkaç milyon yaşına geldiğinde, hidrojen ve helyumdan oluşan madde, kütle çekiminin etkisiyle sıkışmaya başladı. Bunlar, çeşitli düzensizliklerin etkisiyle belli bölgelerde topaklanarak ilk yıldız topluluklarını yani gökada kümelerini oluşturdu. İlk yıldızların çoğunun kütlesi, Güneş’inkinden 10 ila yüzlerce kat büyüktü. Hidrojen atomu çekirdekleri, bu yıldızların içindeki yüksek basınç ve sıcaklığın etkisiyle kaynaşarak helyuma dönüştü.
Bu ilk yıldızlar büyük olasılıkla, çekirdeklerinde helyum yakmaya fırsat bulamadan günümüzün süpernova patlamalarından çok daha şiddetli patlamalarla dağıldılar.
Bu patlamalarda ortaya çıkan basınç ve sıcaklık, Büyük Patlama’dan sonra hiç görülmedik derecede yüksekti. İşte hidrojen ve helyuma göre ağır elementler, ilk kez bu şekilde ortaya çıkmaya başladı ve böylece periyodik tabloya yeni kutucuklar eklendi. Sayıları görece az olan bu dev yıldızların, evrenin kimyasal yapısında çok da büyük bir değişim yaratmadığı düşünülüyor. Yine de, daha sonra bu yıldızların küllerinden oluşan yeni yıldızların kimyasal bileşimlerinde rol oynadıkları kesin.
İlk nesil yıldızlara göre daha zengin bir bileşime sahip olan bu ikinci nesil yıldızların çekirdeklerindeki sıcaklık 100.000.000°C’ yi aşabiliyordu. Bu sıcaklıkta helyum çekirdekleri kaynaşa-bildiği için, bir dizi zincir tepkime sonucunda evrende ilk defa karbon atomu çekirdekleri (6 proton ve 6 nötron) kayda değer miktarlarda oluşmaya başladı.
Yıldız bir kez karbon oluşturmaya başladığında, oksijenin (8 proton, 8 nötron) oluşması için çok fazla ısı ve basınca gerek kalmaz. Karbon atomu çekirdeklerine eklenen bir helyum atomuyla oksijen oluşur. Bu aşamaya gelmiş büyük kütleli yıldızların süpernova olarak patlaması sonucu daha da fazla oksijen atomu çekirdeği ortaya çıkar.
Dikkat ettiyseniz, arada bir elementi, üstelik çok da yaygın bir elementi atladık.
Çünkü oksijenden daha hafif bir element olan azotun (7 proton, 7 nötron) oluşumu biraz karmaşık. Azot da yıldızların çekirdeklerinde oluşur; ama CNO (karbon-azot-oksijen) döngüsü denen bir dizi tepkimenin sonucunda…
Evrendeki azotun büyük çoğunluğunun orta kütleli yıldızlarda (1 ila 8 Güneş kütlesi) oluştuğu tahmin ediliyor. Çünkü bu yıldızlardaki CNO döngüsü daha iyi işliyor. Bu yıldızlar, evrimlerinin son aşamalarında, güçlü yıldız rüzgârlarıyla azotun da içinde bulunduğu çeşitli elementleri uzaya savuruyorlar.

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.