İnsanlık uzun yıllar uzaydaki nesnelerin düzenli kategorilere ayrılabileceğini düşündü. Parlayan büyük, sıcak nesnelere yıldız dedik ve küçük kaya ve gaz kürelerini gezegen olarak adlandırdık. Ancak 1995'te gökbilimciler ne yıldız ne de gezegen olup arada bir yerde olan nesneler keşfetmeye başladılar ve evren düşündüğümüzden karmaşık çıktı. Bu nesnelere kahverengi cüce deniliyor ve bunlar oldukça tuhaf nesnelerdir. Kahverengi cüceler evreni ve yaşamı anlamamız yönünde önemli özelliklere sahip ve şimdiye dek binlercesi bulundu.
Kahverengi Cüce Nedir?
Bir yıldız altı nesne olarak kahverengi cüce düşüncesi ilk kez 1960'larda Shiv S. Kumar tarafından kuramlaştırıldı ve onlara siyah cüce dedi. Böyle bir nesnenin nükleer füzyonu sürdürmeye yetecek kütlede olmayacağını belirtti ve aslında soğumuş beyaz cücenin bir sonraki aşaması olduğunu açıkladı. "Kahverengi cüce" terimi sonraları gökbilimci Jill Tarter'dan gelmiştir ve nesneler aslında kırmızı veya turuncudur.
NASA'nın bilimsel verilerle hazırladığı bir kahverengi cüce çizimini incelediğinizde baktığınız şeyin önce gezegen olduğunu düşünürsünüz. Hatta Jüpiter gibi bir gaz devi gezegen de olabilir. Ancak öyle değildir.
Gezegenler toz, buz veya kaya parçacıklarının çarpışıp birbirine tutunmasıyla meydana geliyor. Bazıları aşırı büyüyerek gaz devi olur ancak hepsi özünde toz veya kayadan bir çekirdeğe sahiptir. Ancak kahverengi cüce böyle oluşmuyor. Kahverengi cüce tıpkı yıldız gibi büyük bir gaz bulutunun yerçekiminin etkisiyle kendi içine çökmesiyle oluşuyor. Ne var ki kahverengi cüce bir yıldız da değildir.
Bir gaz bulutu çökerek yıldıza dönüşürken atomlar birbirine çarparak büyük miktarda enerji yayar. Bu enerji o denli yüksektir ki nükleer füzyon tepkimesi başlar. Nükleer füzyon sırasında hidrojen helyuma dönüşüyor ve dışarı enerji saçılıyor. Yıldızların parlamasını sağlayan şey bu. Kahverengi cüce ise küçük bir gaz bulutunun içinde oluşuyor ve bu bulut yeterince büyük olmadığından hidrojen füzyonu yaşanmaz. Füzyon yoksa parıltı yok. Parıltı yoksa yıldız değilsin.
Yıldız Gezegene Dönüşebilir mi?
Teoriye göre kahverengi cüce ilk oluştuğunda aslında farklı bir tür füzyonu başlatmaya yetecek enerjiye sahip olabilir. Bu füzyon türünde hidrojenin farklı bir formu olan döteryum, protonla kaynaşarak yeni bir helyum türü oluşturuyor. Ancak döteryumun füzyonu verimsizdir ve birkaç milyon yıl gibi kısa sürede tükenir. Yani kahverengi cüce, aslında yıldız olmayı bırakmış bir nesne olabilir. Bu yüzden onlara "başarısız yıldız" da deniliyor. Yani bir yıldız gezegene dönüşebilir mi? Yanıt evet. Kahverengi cüce yıldızın aksine asla ölmez ve sonsuza dek soğumaya, kararmaya ve var olmaya devam eder.
Bir kahverengi cüce 320.000 km/saat hızla dönebilir ve yüzeyi 500-1700°C ısıya sahiptir.
Karanlık Madde Aslında Kahverengi Cüce mi?
Ne gezegen ne de yıldız olarak kahverengi cüce ilginç bir yerde ve yıldız olmayı başaramamış bir nesne gibidir. Ancak bu halde bile kahverengi cücenin insanlığa öğretecek pek çok şeyi var:
Örneğin, elimizdeki bilgilere göre bir kahverengi cüce en fazla Jüpiter'in kütlesinin 75 katına denk ağırlıkta olabilir. Çünkü 75 kattan sonra gaz bulutu nükleer füzyona neden olarak bir yıldız meydana getirecektir. Ancak 2018'de bu sınırı aşan bir kahverengi cüce bulundu. Nasıl bu denli büyük olup yıldıza dönüşmediği hala açıklanamıyor. Kahverengi cüceleri anlamak yıldız oluşumuna dair anlayışımızı genişletecek.
Hepsi bu da değil. Uzak galaksileri inceleyen bilim adamları bu galaksilerin yalnızca görünenle açıklanamayan hareketler yaptığını fark etmiştir. Buna göre bu galaksilerde görünmez kütleler mevcut olmalıdır. Gökbilimciler bu kütleye karanlık madde diyor ve tamamen farklı ve saptanamayan türde olduğuna inanıyorlar.
Ancak bazı bilim adamlarına göre bu gizli kütle aslında kahverengi cüce olabilir. Çünkü kahverengi cüceler yaşlandıkça ve yakıtını tüketip karardıkça yalnız küçük miktarda kızılötesi ışık yayıyor. Bu nedenle tespit edilmeleri zordur. Yine bir yıldızdan biraz az kütledeler. Yani yeterince çoklarsa galaksilerin hareketinde önemli role sahip olabilirler. Araştırmalar yalnız Samanyolu Galaksisi'nde yüz milyar kadar kahverengi cüce bulunduğunu açıkladı.
Bu sayı hidrojen yakan her yıldız kadar kahverengi cüce olduğunu gösteriyor ki önemli bir sayıdır. Ancak daha farklı sayıda kahverengi cüce olduğunu söyleyen çalışmalar da var. Karanlık maddenin tam olarak ne olduğu hala bilinmediğinden kesin konuşmak zor. Görünüşe göre karanlık maddeden önce kahverengi cücelere yanıt bulmuş olacağız. Bu nesneler bir yıldız ile gezegen arasındaki ayrımın o kadar da büyük olmadığını göstererek evrene dair bakışımızı değiştirdi.
Kahverengi cüceler nasıl oluşur?
Kahverengi cüceler yıldızlara benzer bir şekilde, bir gaz ve toz bulutunun çökmesiyle oluşur. Ancak, yıldızların aksine, kahverengi cüceler çekirdeklerinde nükleer füzyonu ateşleyecek kadar kütleye sahip değildir, bu nedenle zamanla soğur ve kararırlar. Kahverengi cüce oluşumunun tam süreci hala aktif bir araştırma konusudur, ancak yerçekimsel çekim yoluyla maddenin kademeli olarak birikmesini içerdiği düşünülmektedir.
Gökbilimciler kahverengi cüceleri nasıl inceliyor?
Gökbilimciler kahverengi cüceleri doğrudan görüntüleme, kızılötesi spektroskopi ve kütleçekimsel mikromercekleme gibi çeşitli teknikler kullanarak incelemektedir. Doğrudan görüntüleme, teleskoplar kullanarak kahverengi cücelerin fotoğraflarını çekmeyi içerirken, spektroskopi, kimyasal bileşimlerini ve fiziksel özelliklerini belirlemek için kahverengi cüceler tarafından yayılan ışığı analiz etmeyi içerir. Kütleçekimsel mikromercekleme, uzak bir yıldızdan gelen ışığın, önünden geçen kahverengi bir cücenin yerçekimi tarafından bükülme şeklini gözlemlemeyi içerir; bu da kahverengi cücenin kütlesi ve boyutu hakkında bilgi sağlayabilir.
Kahverengi cücelerin astrofizikteki önemi nedir?
Kahverengi cüceler astrofizikte önemlidir çünkü gezegenler ve yıldızlar arasında bir köprüyü temsil ederler ve yıldız oluşumu ve evrimi sürecine dair içgörüler sağlayabilirler. Ayrıca, sıvı suyun var olabileceği yaşanabilir bölgelere sahip olabilecekleri ve kayalık gezegenlere veya uydulara ev sahipliği yapabilecekleri için dünya dışı yaşam arayışları için de önemli etkileri vardır.
Kahverengi cüce astronomisinde bazı güncel araştırma alanları nelerdir?
Kahverengi cüce astronomisindeki güncel araştırma alanları arasında atmosferik kimya ve dinamiklerinin incelenmesi, kahverengi cücelerin etrafında ötegezegenlerin araştırılması ve kahverengi cücelerin erken evren sondası olarak kullanılması yer almaktadır. Kahverengi cücelerin oluşumu ve evrimi ile galaksilerin yapısını ve evrimini şekillendirmedeki rollerine ilişkin araştırmalar da devam etmektedir.
Referanslar:
