Bir yıldızın yaşamındaki en belirleyici faktör başlangıç kütlesidir. Bu kütle, hidrojenini ne kadar hızlı tüketeceğini ve daha ağır elementleri kaynaştırmaya başladığında nasıl evrileceğini belirler. Bu durum o kadar iyi anlaşılmıştır ki, bilim insanları yıldızların kütlelerini, yaşlarını ve özelliklerini ilişkilendiren, bir nevi periyodik tablo görevi gören bir "ana dizi" oluşturmuşlardır.
Ancak bu ana dizi, hemen hemen her zaman doğru olan bir varsayıma dayanır: Tüm enerji, yerçekimiyle yönlendirilen hafif elementlerin daha ağır elementlere dönüşümünden kaynaklanır. Üç astrofizikçi ise, galaksimizin tam merkezinde geçerli olabilecek alternatif bir enerji kaynağını göz önünde bulunduruyor: Karanlık madde parçacıkları ve anti-parçacıklarının çarpışıp yok olmasından salınan enerji. Karanlık maddenin bu şekilde etkileşime girip giremeyeceğini henüz bilmesek de, bu varsayım "neredeyse ölümsüz" yıldızlar gibi ilginç sonuçlar doğurabilir ve hatta ana dizi yolunda geriye doğru hareket edenlere yol açabilir.
Karanlık Madde Yok Oluşları
Karanlık maddenin ne olduğunu henüz tam olarak çözemedik, ancak temel parçacıklardan oluştuğuna dair pek çok neden var. Ve eğer bu parçacıklar, bizim iyi anladığımız tüm parçacıklar gibi davranıyorsa, hem normal hem de antimadde versiyonları olacaktır. Bunlar çarpıştığında, birbirlerini yok edecek ve bu süreçte enerji salacaklardır. Karanlık maddenin genel olarak hiçbir şeyle etkileşime girme eğilimi göz önüne alındığında, bu çarpışmalar son derece nadir olacaktır; ancak karanlık madde konsantrasyonunun çok yüksek olduğu yerlerde bu olasılık artar.
Bunun gerçekleşebileceği tek yer galaksimizin merkezidir. Hatta bir süre boyunca, galaktik çekirdekten gelen bir "fazla radyasyon" vardı ve insanlar bunun karanlık madde yok oluşlarından kaynaklandığını düşünüyordu, ancak daha sonra bunun daha sıradan bir açıklaması olduğu ortaya çıktı.
Galaksimizin merkezindeki süper kütleli kara deliğin bir ışık yılı yakınındaki aşırı yoğunluklarda, bu çarpışmaların enerji kaynağı olması muhtemeldir. Bu nedenle astronomlar, kara deliğin yörüngesine giren yıldızlara bu enerjinin ne yapabileceğini incelediler ve doğru koşullar altında, karanlık madde yok oluşlarının bir yıldıza füzyondan daha fazla enerji sağlayabileceğini buldular.
Bu durum, üç astrofizikçiyi (Isabelle John, Rebecca Leane ve Tim Linden) Milenyum Galaksisi'nin merkezine yakın bir yerde bulunabilecek yıldızlardan oluşan bir "karanlık ana dizi" modellemek için bir araya getirdi.
Galaksi çekirdeği yakınındaki yoğun yerçekimi ve radyasyon, yıldızların orada oluşamayacağı anlamına gelir. Dolayısıyla, sıkı bir yörüngede bulunan her şey, yerçekimi etkileşimlerinin onu galaksinin merkezi kara deliğinin yerçekimi alanına itmesinden önce başka bir yerde oluşmuştur. Araştırmacılar, bir ila 20 güneş kütlesi aralığında, 0.05 güneş kütlesi aralıklarında orta büyüklükte yıldızlardan oluşan bir koleksiyon oluşturmak için standart bir yıldız evrimi modeli kullandılar. Bu yıldızların çekirdeklerinde füzyonun tutuşmasına izin verildi ve ardından karanlık madde açısından zengin bir ortama geçiş yaptılar.
Karanlık madde parçacıklarının ne sıklıkla birbirleriyle karşılaşacağına dair hiçbir fikrimiz olmadığı için, John, Leane ve Linden iki farklı çarpışma frekansı kullanıyorlar. Bunlar, araştırmacıların yıldızların ürettiği füzyon enerjisine ek olarak ekledikleri, bu yıldızlara karanlık madde tarafından aktarılan enerji miktarını belirler. Ardından, yıldızların zamanla evrimleşmesine izin verilir.
(Yazarlar, süper kütleli bir kara deliğin alanına giren yıldızların çok eksantrik yörüngelere sahip olma eğiliminde olduklarını belirtiyorlar, bu nedenle karanlık madde çarpışmalarının önemli bir sıklıkta gerçekleştiği bölgenin dışında çok zaman geçiriyorlar. Bu nedenle, yaptıkları şey, bu yıldızların galaksi çekirdeğinden ortalama yörünge mesafeleri göz önüne alındığında enerji girdisi deneyimlemeleriyle eşdeğerdir. Gerçekte, bir yıldız, yörüngesi etrafında hareket ederken daha yüksek enerji girdisine sahip bazı yıllar ve daha düşük girdiye sahip bazı yıllar geçirecektir.)
Ölümsüzlüğe Ulaşmak
Burada gerçekleşen fiziğin temelinde, füzyonla çalışan yıldızları yöneten aynı kuvvet dengesi yatar, ancak bu durum bazı çok tuhaf sonuçlar doğurur. Sadece füzyon gücü verildiğinde, bir yıldız bir denge noktasında var olacaktır. Eğer yerçekimi onu sıkıştırırsa, füzyon hızlanır, daha fazla enerji salınır ve bu enerji yıldızın tekrar dışarı doğru genişlemesine neden olur. Bu, yoğunlukta bir düşüşe neden olur ve füzyonu tekrar yavaşlatır.
Karanlık madde yok oluşları, yıldızın yoğunluğunda ne olursa olsun sabit kalan ek bir enerji kaynağı sağlar. Araştırmacıların incelediği kütle aralığının alt ucunda, bu, yıldızın füzyonu neredeyse kapatmasına neden olabilir, bu da onu aslında olduğundan çok daha genç bir yıldız gibi gösterir. Bu da yıldızın ana dizi şemasında geriye doğru hareket etmesine neden olur.
Araştırmacılar, daha hafif yıldızların bile temelde o kadar fazla ek enerji alabileceğini belirtiyorlar ki, bir arada kalamayıp dağılıyorlar, bu da diğer araştırmacılar tarafından yapılan modellerde görülen bir durumdur.
Kütle arttıkça, yıldızlar füzyondan vazgeçip sadece karanlık madde yok oluşlarıyla geçinirler. Yerçekimsel olarak bir arada kalacak kadar kütleye sahiptirler, ancak füzyonun devam edemeyeceği kadar seyrek hale gelirler. Ve ek enerji girdilerini almaya devam ettikleri sürece bu şekilde kalacaklardır. Yazarlar, "Böyle bir yıldız, genç, hala oluşmakta olan bir yıldız gibi görünebilir, ancak geçmişte nükleer füzyon geçirmiş ve etkili bir şekilde ölümsüz olan bir yıldızın özelliklerine sahiptir" diyorlar.
John, Leane ve Linden, daha yüksek kütleli yıldızların, galaksinin kara deliğine yakın olsalar bile füzyonun devam etmesi için yeterince yoğun kaldığını buluyorlar. Ancak ek enerji, füzyonun bu şekilde orta düzeyde bir hızda devam etmesini sağlamıştır. Ana dizi boyunca ilerlediler, ancak olağanüstü derecede yavaş bir hızda, bu nedenle 10 milyar yıllık bir simülasyon çalıştırmanın önemli ölçüde değişmediklerini göstermedi.
Buradaki bir diğer tuhaf durum ise, tüm bunların ne kadar karanlık madde yok oluşunun gerçekleştiğine çok duyarlı olmasıdır. Ortalama bir mesafede "ölümsüz" olan bir yıldız, ortalama mesafesi bir ışık yılı daha uzaktaysa, ana dizi boyunca yavaş ilerleyecektir. Benzer şekilde, bir konumda hayatta kalamayacak kadar hafif olan yıldızlar, süper kütleli kara delikten biraz daha uzaktaysa bir arada kalacaktır.
Bunların Bir Anlamı Var mı?
Buradaki en büyük uyarı, bu çalışmanın yalnızca karanlık madde yok oluşundan gelen ortalama girdiyi incelemesidir. Gerçekte, ortalama mesafesinde ölümsüz olabilecek bir yıldız, muhtemelen bir arada kalamayacak kadar sıcak birkaç yıl geçirecek ve ardından füzyonun yeniden alevlenmesini sağlayacak koşullarda soğuyarak birkaç yıl geçirecektir. Belki de galaksimizin merkezi kara deliğine yakınlaşan yıldızların yörüngelerine dayanarak, bu tür bir darbeli girdi ile bir model çalışması görmek harika olurdu.
Bu arada, John, Leane ve Linden, sonuçlarının galaksimizin merkezinde gözlemlediğimiz yıldızlarda görülen bazı tuhaflıklarla tutarlı olduğunu yazıyorlar. Bu yıldızların iki belirgin özelliği var: Milenyum Galaksisi'ndeki ortalama yıldızdan daha ağır görünüyorlar ve hepsi oldukça genç görünüyor. Eğer bir "karanlık ana dizi" varsa, o zaman olağandışı ağırlık, düşük kütleli yıldızların ek enerji nedeniyle dağılmasıyla basitçe açıklanabilir. Ve model, bu yıldızların çok fazla füzyon geçirmedikleri için sadece genç göründüklerini öne sürüyor.
Araştırmacılar, galaksimizin merkezindeki yıldızları yeterince uzun süre ve yeterince büyük bir teleskopla gözlemleyebilirsek, doğalarını ve yörüngelerini anlamamızı sağlayarak daha net bir resme sahip olabileceğimizi öne sürüyorlar.
Fiziksel İnceleme D, 2025. DOI: Henüz mevcut değil.
