Güneş'in ölümü

Güneş nasıl şişip bir kızıl deve dönüşecek, sonra da beyaz cüce olarak sönecek

Adım adım

Bugünkü Güneş

Güneş 4,6 milyar yaşında, ömrünün aşağı yukarı yarısında. Çekirdeği her saniye yaklaşık 600 milyon ton hidrojeni helyuma çeviriyor ve açığa çıkan enerji onu parlatıyor.

Çekirdeğin derinliklerinde, yaklaşık 15 milyon °C'de, hidrojen çekirdekleri çarpışıp helyuma kaynaşır. Her seferinde biraz kütle kaybolur ve Einstein'ın E = mc² formülünün dediği gibi enerjiye dönüşür: saniyede yaklaşık dört milyon ton. Bu enerjinin gördüğümüz yüzeye ulaşması binlerce yıl sürer.

Kimse bir yıldızın yaşlanmasını izlemek için milyarlarca yıl bekleyemez, ama buna gerek de yok. Gökyüzü, yaşamın her evresinde, yeni doğmuştan ölmüşe kadar yakalanmış, aşağı yukarı Güneş kütlesinde yıldızlarla dolu. Yıldızların nasıl işlediğine dair, hepsiyle sınanmış bilgisayar modelleri, ardından gelen öyküyü anlatıyor.

Buradaki boyutlar, sıcaklıklar ve tarihler, Klaus-Peter Schröder ve Robert Connon Smith'in, Güneş'i dış katmanlarının sonuncusunu atana kadar izleyen böyle bir Güneş modelinden geliyor.

Gittikçe daha parlak

Çekirdeğinde helyum biriktikçe Güneş yavaş yavaş parlaklaşır, her milyar yılda yaklaşık %10. Yaklaşık bir milyar yıl sonra bu, Dünya'nın okyanuslarını kaynatıp buharlaştırmaya yetecek.

Güneş'in ateşinin külü olan helyum çekirdekte birikir. Bu, çekirdeği daha çok sıkıştırıp ısıtır; böylece hidrojen daha hızlı kaynaşır ve Güneş daha parlak ışır. Doğduğunda bugünkü parlaklığının yalnızca yaklaşık %70'i kadar parlıyordu.

Yeşil halka, Dünya gibi bir gezegenin sıvı su tutabileceği yaşanabilir bölgedir. Güneş parlaklaştıkça halka dışa doğru kayar. Yaklaşık bir milyar yıl sonra iç kenarı Dünya'yı geçer: hava, daha çok ısı hapseden su buharıyla dolar ve okyanuslar kaynamaya başlar. Havanın yükseklerinde güneş ışığı suyu parçalar ve hidrojeni uzaya kaçar.

Bu evrenin sonunda, yaklaşık 5,4 milyar yıl sonra, Güneş bugünkünün neredeyse iki katı parlak olacak ve yaşanabilir bölge Mars'ın yörüngesine kadar kaymış olacak.

Çekirdek tükeniyor

Yaklaşık 5,4 milyar yıl sonra çekirdekteki hidrojen biter. Çekirdek büzülüp ısınır, hidrojen onu saran bir kabukta yanmayı sürdürür ve Güneş'in dış katmanları şişmeye başlar.

Ortada yakıt kalmayınca helyum çekirdeği kendini taşıyamaz ve büzülmeye başlar. Sıkışmak onu ısıtır ve bu ısı, çekirdeğin hiç yanmadığı kadar hızlı yanan, çevresindeki ince bir kabuktaki hidrojeni tutuşturur.

Fazladan enerji, Güneş'in dış katmanlarını dışa doğru iter. Bunlar yayıldıkça soğur ve Güneş sarımsı beyazdan turuncuya döner. Kesik çizgili çember, bugünkü boyutunu gösteriyor.

Her yıldız, çekirdeğindeki hidrojen bitince bu noktaya gelir; yıldız ne kadar ağırsa o kadar erken. Güneş'in iki katı kütleli bir yıldız buraya yaklaşık bir milyar yılda varır; en küçük kırmızı cüceler ise trilyonlarca yıl parlamayı sürdürecek, evrenin bugüne kadarki yaşından çok daha uzun.

Bir kızıl dev

Yüzeyindeki kütle çekimi bugünkünden yaklaşık yüz bin kat zayıf olacak. Orada kaynayan gaz, her biri neredeyse Dünya ile Güneş arasındaki uzaklık kadar geniş, birkaç dev hücrede yükselir. 2017'de Şili'deki VLT teleskobu, kızıl dev π¹ Gruis'te böyle hücreler gördü.

Bu kadar zayıf tutulan yüzey kolayca uçup gider. Güçlü bir rüzgâr, Güneş en büyük boyutuna ulaşmadan kütlesinin üçte birini alıp götürür. Onları çeken kütle azaldığı için gezegenlerin yörüngeleri genişler.

Dünya'nın sonu

Bundan çok önce Dünya kavrulmuş, erimiş bir dünya olacak: Güneş şimdikinden bin kat parlak olduğunda, Dünya'ya ulaşan ısı kayaları eritmeye yetecek.

Dev bir yıldıza yakın bir gezegen, tıpkı Ay'ın Dünya'nın okyanuslarında gelgit yaratması gibi, onun üzerinde bir kabarıklık yaratır. Bu kabarıklığın çekimi gezegeni yavaşlatır ve gezegen sarmal çizerek içeri düşer. Schröder ve Smith'in modelinde bu, Dünya'nın yörüngesinin genişlemesine üstün gelir ve Dünya, Venüs'ten bir milyon yıl sonra yutulur.

Farklı miktarda kütle kaybı olan başka modeller, Dünya'nın daha geniş bir yörüngede kurtulmasına izin veriyor. Yarış çok çekişmeli ve sonuç, devlerin kütlelerini nasıl kaybettiğine bağlı; bu hâlâ ölçülüyor.

Helyum parlaması

Zirvede çekirdek yaklaşık 100 milyon °C'ye ulaşır ve helyumu bir anda, bir parlamayla kaynaşmaya başlar. Sonra Güneş bugünkü boyutunun yaklaşık 11 katına küçülür ve yüz milyon yıldan uzun süre helyum yakar.

Helyumun karbon ve oksijene kaynaşması için yaklaşık 100 milyon °C gerekir. Bu sırada Güneş'in helyum çekirdeği öyle sıkı paketlenmiştir ki ısınınca bir gazın yapacağı gibi genleşip soğumaz. Bu yüzden helyum kaynaşmaya başlar başlamaz kontrolden çıkar: birkaç saniye boyunca çekirdek, koca bir gökada kadar enerji üretir.

Bunun hiçbiri dışarı çıkmaz. Enerji çekirdeği gevşetmeye gider ve yüzeyde hiçbir şey görünmez. Sonra çekirdek helyumunu sakince yakar ve Güneş durulur; kızıl dev hâlinden çok daha küçük, ama hâlâ bugünkünden yaklaşık 50 kat parlak.

Bu evredeki yıldızlar yaygındır. Yıldızların renk ve parlaklık grafiklerinde bir kümelenme oluştururlar ya da yaşlı yıldız kümelerinde gökbilimcilerin yatay kol dediği bir şeritte sıralanırlar.

Yeniden dev

Çekirdekteki helyum da bitince Güneş, bu kez karbon ve oksijenden bir çekirdeğin çevresinde, yeniden bir deve dönüşür. Aşağı yukarı her yüz bin yılda bir yanan kabukları alevlenir ve dış katmanlarını savurur.

Artık helyum, karbon ve oksijen çekirdeğini saran bir kabukta, hidrojen ise onun dışındaki başka bir kabukta yanar. İkisi sırayla çalışır: hidrojen kabuğu helyum biriktirir, sonunda helyum kabuğu alevlenir, buna ısıl atım denir, ardından her şey yine durulur.

Bu kez Güneş bugünkü boyutunun yaklaşık 180 katına büyür, kızıl dev hâlinden küçük; bu yüzden Mars ve ötesindeki gezegenler kurtulur. Kalan kütlesinin neredeyse beşte birini yavaş bir gaz ve toz rüzgârıyla kaybeder.

Bunun gibi ölen devler gaz ve toz kabuklarına sarılıdır. ALMA teleskobu, kızıl dev R Sculptoris'in çevresinde bu atımlardan birinde savrulmuş bir kabuk gördü. Gökadamızdaki tozun büyük kısmı bu tür rüzgârlarda oluştu.

Işıldayan bir bulut

Gezegenimsi bulutsuların gezegenlerle hiçbir ilgisi yoktur: ilk teleskoplarda gezegenler gibi yuvarlak görünüyorlardı. Gökadamızda binlercesi biliniyor ve her biri Güneş gibi bir yıldızın son nefesi.

Açıkta kalan çekirdek çoğunlukla morötesi ışık saçar; bu ışık gazdaki atomlardan elektron koparır. Atomlar yeniden elektron yakaladıkça her element kendi renklerinde parlar: sıcak çekirdeğin yakınında oksijen mavimsi yeşil, daha dışarıda hidrojen ve azot kırmızı. Buradaki renkler, gerçek bulutsulardaki gibi bu düzeni izliyor.

Gökbilimciler uzun süre Güneş kadar hafif bir yıldızın görünür bir bulutsu oluşturamayacağını düşündü: çekirdeği çok yavaş ısınır, gaz aydınlanmadan dağılırdı. 2018'de yayımlanan daha yeni modeller, yeterince hızlı ısındığını gösteriyor. Güneş'in bulutsusu sönük olacak, ama başka gökadalardan görülecek kadar parlak.

Gaz saniyede onlarca kilometre hızla dışarı uçar. Yaklaşık 10.000 yıl sonra parlayamayacak kadar seyrelmiştir ve gökadaya dağılır; orada belki bir gün yeni yıldızların ve gezegenlerin parçası olur.

Bir beyaz cüce

Bir beyaz cüce öyle yoğundur ki bir çay kaşığı kadarı aşağı yukarı bir otomobil kadar gelir. Onu ayakta tutan yalnızca elektronlarıdır: doğanın izin verdiği kadar sıkışmış olarak daha fazla sıkıştırılmaya direnirler.

Elektronların taşıyabileceğinin bir sınırı var. Hiçbir beyaz cüce yaklaşık 1,4 Güneş'ten ağır olamaz: bunun ötesinde onlar bile pes eder ve yıldız daha da çöker.

Gece gökyüzünün en parlak yıldızının yoldaşı Sirius B, bunun gibi bir beyaz cücedir: kütlesi aşağı yukarı Güneş'inki kadar, boyu Dünya'dan küçük.

Yavaş yavaş sönüyor

Hayatta kalan gezegenler beyaz cücenin çevresinde, bugünkülerin neredeyse iki katı genişlikte yörüngelerde döner. Milyarlarca yıl boyunca soğur ve söner. Evrendeki hiçbir beyaz cüce henüz kararmaya zaman bulamadı.

Bir beyaz cüce yalnızca kalan ısısıyla parlar. Önce hızla, sonra gittikçe daha yavaş soğur. Bilinen en yaşlı beyaz cüceler yaklaşık on milyar yıldır soğuyor ve hâlâ hafifçe parlıyor. Soğuk, karanlık bir kara cüceye dönüşmek, evrenin bugüne kadarki yaşından çok daha uzun sürer.

Pek çok beyaz cücenin üzerine, asteroitlerinin ve gezegenlerinin enkazı olan kayalık toz düşer. Bazılarının hâlâ gezegeni var: 2020'de WD 1856+534 beyaz cücesinin çevresinde dolanan Jüpiter büyüklüğünde bir gezegen bulundu.