Ana sayfa Astronomi Yıldız tozundan soluk mavi noktaya: Karbonun Dünya’ya doğru yıldızlararası yolculuğu

Yıldız tozundan soluk mavi noktaya: Karbonun Dünya’ya doğru yıldızlararası yolculuğu

74
Kaynak: Unsplash/CC0 Public Domain

“Hepimiz yıldız tozuyuz” diye başlar ünlü söz… Michigan Üniversitesi’nde yapılan bir araştırma da dahil olmak üzere yapılan bir çift çalışma bu sözün tahmin ettiğimizden de öte bir noktada olduğunu gösteriyor.

Malaya Üniversitesi’nden (U-M) Jie (Jackie) Li tarafından yönetilen ve Science Advances’te yayınlanan ilk çalışma, Dünya’mızdaki karbonun çoğunluğunun yüksek ihtimalle bir galakside boşlukta bulunan yıldızlararası bir ortamdan geldiğini ortaya koyuyor. Bu muhtemelen, gezegenlerin yapıtaşlarının bulunduğu, güneşimiz gençken onu çevreleyen toz ve gaz bulutu olan proto-gezegensel diskin oluşumundan ve ısınmasından sonra gerçekleşti.

Aynı zamanda karbonun güneşin doğumundan sonraki bir milyon yıl boyunca katı maddeler içinde tutulmuş olması muhtemel. Bu, dünyadaki yaşamımız için esas olan karbonun gezegenimize yıldızlararası bir yolculuk ile başarıyla ulaştığını gösteriyor.

Öncesinde araştırmacılar, Dünya’daki karbonun aslında bulutsu bir gaz kütlesinde bulunan moleküllerden geldiğini ve gazların çökebilmesi için ortam yeterli kadar soğuduğunda gezegenin kayalık bir gezegene dönüştüğünü düşünüyorlardı. U-M astronomu Edwin Bergin, California Institute of Technology’den Geoffrey Blake, Chicago Üniversitesi’nden Fred Ciesla ve Minnesota Üniversitesi’nden Marc Hirschmann’ın yer aldığı Li ve ekibi, araştırmalarında, önceki araştırmalara karşı çıkarak, karbon taşıyan gaz moleküllerinin buharlaştıktan sonra tekrardan katıya geri dönüşemediği için Dünya’yı oluşturamayacağına işaret ediyorlar. U-M Dünya ve Çevre Bilimleri bölüm profesörü Li “Yoğunlaşma modeli yıllardır yaygın olarak kullanılıyor. Bu model, güneşin oluşumu esnasında bütün gezegenlerin elementlerinin buharlaştığını ve disk soğudukça gazların bir kısmının yoğunlaşarak katı maddelere kimyasal malzeme oluşturduğunu varsayıyor. Ancak karbon için bu böyle işlemiyor” diyor.

Karbonun çoğu proto-gezegensel diske organik moleküller formunda ulaştı. Bununla birlikte, karbon buharlaştığında katı oluşturmak için çok düşük derecelere ihtiyaç duyulan daha uçucu maddeler üretir. Daha da önemlisi, karbon tekrardan organik bir forma yoğunlaşmaz. Bu nedenle Li ve takımı, Dünya’daki karbonun çoğunun, buharlaşmaya gerek duymadan, muhtemelen doğrudan yıldızlararası bir ortamdan bize miras kaldığı anlamını çıkardı.

Dünya’nın karbonunu nasıl elde ettiğini daha iyi anlayabilmek için Li dünyanın içerebileceği maksimum karbon miktarını yaklaşık olarak hesapladı. Bunun için sismik bir dalganın çekirdekten geçiş hızını, çekirdeğin bilinen ses hızıyla karşılaştırdı. Böylece karbonun muhtemelen Dünya kütlesinin yüzde 0,5’ini oluşturduğu bilgisi elde edildi. Dünya’nın içerebileceği karbon miktarının sınırlarını anlamak, araştırmacılara karbonun Dünya’ya ulaştığı zaman üzerine bilgi sağlayabilir.

U-M Astronomi Bölümü’nün profesörü ve başkanı olan Bergin, “Biz farklı bir soru yönelttik: Dünyanın çekirdeğine ne kadar karbon doldurabileceğinizi ve yine de kısıtlamalarla tutarlı olabileceğini sorduk” dedi ve ekledi: “Burada belirsizliklerle karşılaştık. Dünyanın derinliklerinde karbon miktarının üst sınırlarını sormak için bu belirsizliği kabul edelim ve bu bize içinde bulunduğumuz gerçek manzarayı gösterecektir.”

Bildiklerimize göre, bir gezegenin karbonunun yaşamı destekleyebilmek için doğru oranda bulunması gerekir. Çok fazla karbon Dünya atmosferinin Venüs’ünki gibi güneşten gelen ısıyı hapsederek 800 derece Fahrenheit’lık bir sıcağı koruyacak bir hale gelmesi anlamına gelirken çok az karbon Dünya’yı sıcaklığı eksi 60 civarında bulunan, su bazlı yaşamı desteklemediğinden dolayı üzerinde yaşamın mümkün olmadığı Mars’a benzetirdi.

Minnesota Üniversitesi’nden Hirschmann’ın liderliğindeki, aynı ekibin gerçekleştirdiği ikinci bir çalışmada, araştırmacılar gezegenimsi olarak bilinen, gezegenlerin küçük öncüllerinin oluşumlarının erken zamanlarında karbonun korunduğunda nasıl işlendiğini incelediler. Şu an demir göktaşları olarak korunmuş olan bu cisimlerin metalik çekirdeklerini inceleyerek gezegensel başlangıcın bu önemli adımını sırasında gezegenimsinin eridiğinden, çekirdeğin oluştuğundan ve gaz kaybedildiğinden dolayı karbonun çoğunun kaybolması gerektiğini keşfettiler. Hirschmann, bunun önceki teorileri altüst ettiğini söylüyor.

Dünya ve Çevre Bilimleri profesörü Hirschmann konuyla ilgili olarak “Çoğu model, karbon ve diğer yaşam için gerekli olan su ve nitrojen gibi materyallerin bulutsudan ilkel kayalıklara ve buradan da Dünya veya Mars gibi büyüyen gezegenlere iletildiğini esas alır. Ancak burada önemli bir adım atlanır. Gezegenimsiler, gezegenlere dönüşmeden önce karbonlarının çoğunu kaybederler” açıklamasında bulundu. Hirschmann’ın çalışması yakın bir zamanda Proceedings of the National Academy of Sciences‘da yayınlandı.

Gezegenlerin iklimlerini düzenleyebilmek ve yaşamı var edebilmeleri için karbona ihtiyaç duyduklarını ancak bunun çok hassas bir denge olduğunu söylüyor Bergin: “Ne çok az ne de çok fazlasının olmasını istemezsiniz.” Bergin, her iki çalışmanın da karbon kaybının iki farklı yönünü anlattığını söylüyor ve bu karbon kaybının Dünya’nın yaşanabilir bir gezegen olmasına yol açan temel unsurlardan biri olduğunu ileri sürüyor.

Chicago Üniversitesi Jeofizik profesörü olan Ciesla diyor ki: “Dünya benzeri gezegenlerin başka yerde olup olmadığı sorusunu yanıtlayabilmek için ancak astronomi ve jeokimya gibi disiplinlerarası alanlarda çalışılarak sağlanabilir. Alınan yaklaşımlar ve cevapları aranan spesifik sorular araştırmacıların çalıştığı belirli alanlara göre farklılıklar gösterseler de tutarlı bir hikâye oluşturmak, ortak ilgi alanlarından konuları belirleyebilmeyi ve entelektüel boşlukları kapatmak adına aralarındaki köprüyü sağlayabilmeyi gerektirir. Bu zorlu görev için gereken çaba sonunda hem teşvik edici hem de ödüllendiricidir.”

İki araştırmada da görev almış ve Caltech’de kozmokimya ve gezegen bilimleri profesörü olan Blake, bu tür bir disiplinler arası çalışmanın kritik olduğunu söylüyor: “Galaksimizin tarihi boyunca bile Dünya veya ondan biraz daha büyük gezegenler Güneş gibi yıldızların etrafında milyonlarca defa toplandı. Gezegensel sistemlerdeki karbon kaybını daha kapsamlı bir şekilde inceleyebilmek için bu çalışmayı genişletebilir miyiz? Bu tür araştırmalar, çeşitli bilim insanları toplulukların bir araya gelmesiyle gerçekleşebilir.”

Kaynak: https://phys.org/news/2021-04-stardust-pale-blue-dot-carbon.html