Evrenin ±0,023 milyar yıl belirsizlikle 13,797 milyar yaşında olduğu düşünülüyor. Ancak gökbilimciler Methuselah yıldızının 14,5 milyar yaşında olduğunu iddia ediyor. Bir yıldız nasıl evrenden daha yaşlı olabilir? Ya da evren nasıl bu yıldızdan daha genç olur?
Bu soru aslında astronomların kafasını uzun zamandır karıştıran bir sorudur. Bu yazıda Methuselah olarak da bilinen, aynı zamanda evrenin en yaşlı yıldızlarından birisi olan HD 140283 yıldızı ile ilgili bu söylemin nedenini anlamaya çalışalım.
Yıldızların Yaşı Nasıl Hesaplanır?
Yıldızlar kozmik saatlere benzerler. Parlaklıklarına, renklerine ve kimyasal bileşenlerine göre kaç yaşında olduklarını bize gösterirler. Ancak bu özellikleri ölçmek kolay değildir. Gelişmiş alet ve teknikler gerektirir, aynı zamanda bir çok belirsizlik ve varsayım içerir.
Astronomların yıldızların yaşını ölçmek için kullandıkları tekniklerden birisi spektroskopidir. Temeli ışık ve madde arasındaki atomik seviyede ilişkiye dayanan spektroskopi, uzaktaki yıldızların içeriğini, galaksilerdeki moleküler yoğunluğu anlamamızı sağlayan bir metottur. Bu sayede astronomlar yıldızların içinde hangi elementlerin olduğunu ve bu elementlerin yıldızın geçmişi hakkında verdiği ipuçlarını belirler.
Gökbilimcilerin yıldızların yaşını ölçmek için kullandığı yöntemlerden birisi de paralakstır. Günümüzün güçlü teleskoplarının kullanılmasından çok uzun zaman önce gökyüzü gözlemcileri hesaplamalarını matematiksel yöntemleri temel alarak yaparlardı. Ancak astronomlar için en önemli sorun uzaklıkları ölçmekti. Buna bir çözüm olarak da uzunca bir süre paralaks yöntemini kullandılar.
Paralaks etkisi nedeniyle yakındaki bir yıldızın arkasında yer alan yıldızlara göre görünür konumu, Hazirandaki 1 noktasından Aralıktaki 2 noktasına hareket eder. Bu sayede gökbilimciler yakındaki yıldızlara olan mesafeyi oldukça doğru bir şekilde hesaplar. Mesafeden yola çıkarak da yaşı hakkında yorum yapar.
Yıldızların yaşını belirlemek için kullanılan bir başka yöntem ise aslında biraz da matematiktir. Gökbilimciler bir yıldızın gözledikleri özelliklerini, farklı araştırmacıların verileri ile karşılaştırarak, yıldızların zaman içinde sıcaklık, kütle vb gibi bileşenler açısından nasıl geliştiğini açıklayan, matematiksel denklemlerden faydalanır. Sonrasında da en iyi eşleşmeyi bulmaya ve yıldızın yaşını tahmin etmeye çalışırlar.
Ancak kısaca aktardığımız bu yöntemlerin hiçbiri aslında mükemmel değildir. Aslında hepsinde tahminlerin doğruluğunu etkileyecek sınırlamalar ve hata kaynakları vardır. Bu nedenle bir yıldızın yaşı ile ilgili tahminler kesin rakamlardan ziyade olası bir yaş aralığı biçiminde yapılır. Gökbilimciler için asıl zorluk ise bu aralığı azaltmaktır. Bu nedenle de belirsizlikleri mümkün olduğu kadar çok bağımsız veri setleri kullanarak ve çeşitli teknikler geliştirerek azaltmaya çalışırlar.
Methuselah Yıldızının Yaşı Nasıl Hesaplandı?
Astronominin sınırlarını zorlayan en kafa karıştırıcı yıldız, Methuselah yıldızı olarak da adlandırılan HD 140283 idi. Bu yıldız sadece 190 ışıkyılı uzaklıkta olduğu için parlaklığını, yüzey sıcaklığını ölçmek mümkündü. Ayrıca 1912 yılında Amerikalı gökbilimci Henry Norris Russell tarafından keşfedilen Methuselah’ın yaşı düşünüldüğünden çok daha fazlaydı.
Russell keşfi esnasında bu yıldızdaki metal oranının çok düşük olduğunu fark etmişti. Bunun sonucunda yıldızın, helyum ve hidrojenin evrene hakim olduğu ve demirin yaygın hale gelmesinden önce ortaya çıkmış olması gerektiğini tahmin edecekti.
O zamandan bu yana Methuselah yıldızının yaşını belirlemek için pek çok farklı yöntem ve veri setleri kullanıldı. Ancak hepsi belli bir sorunla karşı karşıya kaldı. Methuselah yıldızının yaşı evrenin yaşından daha fazla çıkıyordu. Kozmik kanıtlara göre, evrenin yaşının Büyük Patlama’dan bu yana 13,8 milyar yıldır var olduğunu biliyoruz. Ancak bazı araştırmalar Methuselah yıldızının yaşının 16 hatta 18 milyar yıl olduğunu söylüyordu.
2013 yılında yayınlanan bir makale 14,46 milyar yıl ±0,8 biçiminde daha makul bir tahminde bulunacaktı. Ancak bu rakam hala Büyük Patlamanın yaşından daha fazla idi. Haber kısa sürede ilgi çekti. Konu ile ilgili bir çok haber ve iddia ortaya atıldı.
Sonucunda Evren’in içinde Evren’in kendisinden daha yaşlı bir yıldıza sahip olamazsınız. Peki yanlış olan neydi? Yıldızın yaşıyla ilgili tahminlerimiz mi hatalıydı. Yoksa Evren’in yaşı ile ilgili tahminlerimizde mi bir sorun vardı?
Methuselah Yıldızının Yaşı İle İlgili Tahminler Nelerdir?
Methuselah yıldızının 2013 yılındaki yaş hesaplamaları, Howard Bond liderliğindeki bir ekip tarafından yapılan çalışmalardan geliyordu. Kendileri çalışmalarında yukarıda saydıklarımıza ek olarak, Hubble uzay teleskobu da dahil olmak üzere çeşitli teleskoplardan elde ettikleri verileri hesaplamalarında kullandılar. Ayrıca önceki araştırmacıların gözden kaçırdığı bazı faktörleri de çalışmalarına eklediler.
Bunun sonucunda Methuselah yıldızının yaşının 13,66 ile 15,26 yıl arasında bir yerde, yani 14,46 milyar yıl ±0,8 olarak belirlediler. Bu arada 2015’teki bir tahmin yıldızın yaş aralığını 13,7 ± 0,7 milyar; 2021’deki bir tahmin de 12 ± 0,5 milyar yıllık olarak belirledi.
Olaya matematiksel bir bakış açısı ile bakarsanız bu rakamlarda aslında şaşırılacak bir şey yoktur. Çünkü hepsi evrenin yaşı ile ilgili mevcut bilgimiz ile uyumludur. Sorun sadece rakamlara bakmak ve yanlarındaki hata paylarını dikkate almamaktır.
Methuselah Yıldızı Erken Evren Hakkında Bize Ne Anlatıyor?
Evren başlangıçta neredeyse tamamen hidrojen (%75) ve helyumdan (%25) ve çok az miktarda daha ağır elementlerden (~%0,01) oluşuyordu. Bu aynı zamanda en eski yıldızların da element bileşimiydi. Gökbilimcilerin Popülasyon III yıldızları adını verdiği bu yıldızlar, Güneş’ten çok daha ağır ve parlaktır. Bu yıldızlardaki yıldız füzyonu da, daha ağır elementlerin ilk türlerinin oluşmasına yarar.
Popülasyon III yıldızları, bu ağır elementlerini evrene fırlatan süpernovalar halinde patlamadan önce yalnızca birkaç milyon yıl yaşadılar. Ağır elementler hidrojen ve helyum gazıyla karışarak Popülasyon II yıldızlarını oluşturdu ve süreç devam etti. Sonuç, nispeten yüksek oranda ağır element bileşimine sahip olan Popülasyon I yıldızlarıydı. Güneşimiz bir Popülasyon I yıldızıdır.
Methuselah Yıldızı da metal açısından fakir Popülasyon II yıldızlarından biri idi. Yani Methuselah Yıldızı Evrenin doğuşundan kalma kozmik bir kalıntıdır. Bu nedenle de Erken kosmosu şekillendiren koşullar ve süreçler hakkında önemli ipuçları barındırmaktadır.
Mesela Methuselah’ın yaşının belirlenmesi Büyük Patlama ile yıldız oluşumu arasında geçen süreyi belirlememize yarar. Bileşimi ilk yıldızların doğası hakkında çeşitli bilgiler barındırır. Bu yıldız evrenin tarihindeki bir çok olaya tanıklık etmiştir ve evren hakkındaki bazı gizemleri çözmenin anahtarıdır.
Sonuç olarak
Methuselah yıldızı olarak adlandırılan yıldız, pek çok açıdan son derece sıra dışı ve önemlidir. Ancak Methuselah yıldızı, büyük olasılıkla, Evren’in yaşı açısından bir paradoks ya da bilmece teşkil etmiyor. Sadece ölçümlerdeki belirsizlikleri dikkate almamız gerektiğini anımsatıyor.
Kaynaklar ve ileri okumalar
- Bond HE, Nelan EP, VandenBerg DA, Schaefer GH, Harmer D. HD 140283: A Star In The Solar Nighborhood That Formed Shortly After The Big Bang. The Astrophysical Journal. 2013;765(1):L12. doi:10.1088/2041-8205/765/1/L12
- Methuselah: The oldest star in the universe. Yayınlanma tarihi: 7 Mart 2022. Kaynak site: Space. Bağlantı: Methuselah: The oldest star in the universe
- Is the “Methuselah star” really older than the Universe? Yayınlanma tarihi: 30 Mayıs 2024. Kaynak site: Big Think. Bağlantı: Is the “Methuselah star” really older than the Universe?
- Creevey, O. & Thévenin, F. & Berio, Philippe & Heiter. U. & Braun, K. & Mourard, D. & Bigot, L. & Boyajian, Tabetha & Kervella, Pierre & Morel, P. & Pichon. Bernard & Chiavassa, A. & Nardetto, N. & Perraut, Karine & Meilland., A. & Alister, H. & Brummelaar. T. & Farrington, Christopher & Sturmann, Laszlo & Turner, Norvena. (2014). Benchmark stars for Gaia Fundamental properties of the Population II star. HD 140283 from interferometric, spectroscopic, and photometric data. Astronomy & Astrophysics. 575. 10.1051/0004-6361/201424310.
Matematiksel
