Bilinen evrenin en büyük yıldızı UY Scuti 2,64 milyar km’lik çapıyla Güneş’ten 1900 kat büyük. En büyük yıldızlar arasında yer alan VY Canis Majoris ise Scuti’den yüzde 70 daha ağır olmasına karşın sadece 2 milyar km çapında. Peki Canis Majoris neden daha küçük ve evrendeki en büyük yıldız ne kadar büyük? İçinde kara delik olan yarım yıldızlarla birlikte görelim.
Devler yarışı
Yıldızların büyüklüğünden söz ederken işe Güneşimizin çapıyla başlamak en iyisi: Güneş’in çapı 1 milyon 391 bin 016 km. Bu haliyle bırakın dev yıldız olmayı, çok daha kısa ömürlü diğer birçok yıldızın yanında, G2V tipi bir sarı cüce sınıfına giriyor. Aslında Güneş çıplak gözle uzayda göze beyaz görünüyor; ama Dünya atmosferinde ışığı sarıya çalıyor.
Güneş’in kütlesi 1,9885 x 1030 kg; yani 1988,5 trilyon trilyon ton ki bu da Dünya kütlesinin 330 bin katına ve Güneş Sistemi’nin en büyük gezegeni olan Jüpiter’in kütlesinin 1047 katına eşit. Öyle ki Jüpiter’in içine 1300 Dünya sığabilir.
Jüpiter de tüm diğer gezegenlerin toplamından yaklaşık 2,5 kat kütleli olduğuna göre, Güneş’in ne kadar büyük olduğunu anlayabiliriz. Özellikle de Güneş’in içine yaklaşık 1 milyon 300 bin Dünya sığacağını düşünürsek bunu görüyoruz (tabii bunu toplam hacim olarak söylüyoruz).
Kriterlerimizi iyi seçmemiz lazım. En büyük yıldız kime göre, neye göre? 1) En büyük kütleli yıldız mı, yoksa çapı en büyük olan yıldız mı? 2) Bilinen en büyük yıldız mı, yoksa teorik açıdan mümkün olan en büyük yıldız mı? 3) Bugün var olan en büyük yıldız mı? Yoksa gelmiş geçmiş en büyük yıldız mı?
4) Peki içinde kara delik olan yarım yıldızlar eski evrenin en büyük yıldızları olabilir mi? 13 milyar yıl önceki ilk yıldızlar bu kategoriye girer mi? Kısacası bu yazıda size en büyük yıldızların çapı ve kütlesi gibi bilgiler vermekle yetinmeyeceğim. Yıldızların büyüklüğünün nasıl ölçüldüğünü de anlatacağım.
Mesela?
Mesela Satürn’ün çapı 116 bin 664 km ve Jüpiter’in çapı da 139 bin 822 km. Kısacası iki gezegen aşağı yukarı aynı büyüklükte. Ancak, Satürn’ün kütlesi Jüpiter kütlesinin sadece 0,3’üne eşit. Peki yaklaşık aynı büyüklükteki iki gezegen arasında neden Jüpiter açık farkla daha cüsseli?
Kütlesi artan cisimler kendi ağırlığı altında ezilerek sıkışıyor. Bu nedenle ağır cisimlerin çapı kütlesine göre dar oluyor. Aynı nedenle evrenin en kütleli yıldızları da aslında en büyük yıldızlar değil. En büyük yıldızlar düşük yoğunluklu ve aşırı şişkin olan pofuduk yıldızlar.
Nitekim bir yıldızın oluşumu ve büyüklüğü açısından radyasyon basıncı ile kütle basıncı arasındaki denge çok önemli: Isınan yıldız genleşiyor, ancak yıldızın kendi ağırlığı da aşırı genişlemesini önlüyor. Böylece yıldızlar dengede kalarak yanıyor.
Gökcisimleri yıldız olmak için çekirdeğini yeterince sıkıştırıp nükleer füzyon başlatarak alev almak zorunda. Ancak, çok büyük kütle yıldızın çok sıkışması ve çok sıcak yanması demek. Bu sebeple ısıyı çok artırırsanız yıldız patlayarak yok olacak (süpernova) veya dış katmanlarını uzaya üfleyerek kilo verecektir (Wolf-Rayet (WR) yıldızı).
Burada evrendeki en büyük yıldızı bulmamızı sağlayacak bir kriteri daha belirtelim: O da yıldızın rengi. Yıldızları sadece kendi ısısını dışarıya veren kara cisimler olarak düşünebiliriz (tabii iki yıldız birbirinden gaz çekmiyor veya bir kara delik yıldız yutmuyorsa).
Bu nedenle yıldızların yanma sıcaklığı o yıldızın rengini belirliyor. Örneğin, Güneş’in kütlesinin onda biri olan bir kırmızı cüce, adı üstünde daha çok kırmızı ışık saçıyor. Güneş’ten biraz büyük yıldızlar ise Dünya atmosferinde bile beyaz görünecek kadar parlak ışık saçıyor.
Çapı kütlesine göre daha büyük olan yıldızlar portakal dev oluyor. Nitekim Güneşimiz de 5 milyar yıl sonra erişilebilir nükleer yakıtını tüketerek şişip kırmızı dev olacak. Bu durumda yüzey sıcaklığı çok şiştiği için azalacak ve rengi kırmızıya dönecek.
Evrenin en kütleli mavi üstündev (hiper dev) yıldızları ise o kadar sıcak yanıyor ki mavi-beyaz ışık saçıyor. Yıldızın sıcaklığı arttıkça rengi maviye kayıyor. Örneğin, Güneş’in yüzey sıcaklığı 5500 derece. Oysa aşırı sıcak olduğu için uzaya gaz üfleyerek dengesizleşen WR yıldızlarının yüzey sıcaklığı 210 bin dereceye ulaşıyor.
Morgan–Keenan (MK) sistemi
Biz de yıldızları MK sisteminde yüzey sıcaklığına göre sınıflandırıyoruz (O, B, A, F, G, K ve M). Öyle ki en sıcak yıldızlar O tipi ve en soğuklar da M tipi oluyor. Ana tipler de kendi arasında sıcaklığına göre 1’den 9 kadar sıralanıyor. En sıcak yıldız O1 ve en soğuk yıldız da M9 oluyor.
Buraya kadar evrenin en büyük yıldızlarını çapına, kütlesine ve sıcaklığına göre ayırdık. Ayrıca bazı yıldızların dengesiz olduğunu ve uzaya gaz üfledikleri için çaplarının periyodik veya kaotik olarak değiştiğini (büyüyüp küçüldüklerini) gördük. Bunun dışında bir de parlaklık ölçütü var.
Örneğin, ölü yıldız artığı beyaz cüceler, sadece Dünya boyunda olmalarına karşın 1 Güneş kütlesinde ve aşırı sıcak olabiliyorlar. Aynı nedenle çok parlak oluyorlar. Bizim de mutlak parlaklığı eşit olan bir mavi üstdev ile beyaz cüceyi birbirine karıştırmamız ve birinin büyük, diğerinin de küçük olduğunu anlamamız gerekiyor.
Nasıl yapıyoruz?
Bir yıldızın gerçek parlaklığını (yani bize yakın olduğu için değil de uzay boşluğundaki gerçek parlaklığını) o yıldızın tayfındaki bazı element soğurma çizgilerinin (siyah bantların) genişliğine bakarak ölçüyoruz.
Aslında bu yöntemi üzerinde dünya dışı uygarlık olan öte gezegenler aramakta da kullanıyoruz. Sonuç olarak bir gezegenin atmosferinden geçen güneş ışığı ile yıldızların kendi ışığı, bu cisimlerin içerdikleri elementlere ve elementlerin miktarına göre değişiyor.
Hidrojen gibi farklı elementler ışığı farklı şekillerde emiyor. Bazı dalga boylarını, yani renkleri emerken diğerlerini yansıtıyor. Ancak, soğurma ve yansıtma oranı (ışık tayfındaki siyah çizgilerin kalınlığı) yıldızın sıcaklığına göre değişiklik gösteriyor.
Özetle 1) Işık tayfına bakarak gezegen atmosferlerinde çevre kirliliği ile küresel ısınmaya işaret eden karbondioksit, karbonmonoksit ve metan gazı arıyoruz. 2) Yıldızların gerçek parlaklığını ölçüyoruz. Gerçek parlaklığı ise Roma rakamlarıyla gösteriyoruz.
Güneşimiz G2V tipi
Örneğin, Güneş G tipi bir ana sıralama yıldızı ve bu yıldızlar arasında en sıcak olan ikinci gruba giriyor (2). Güneş’in parlaklık sınıfı da V. Oysa VI veya VII olsaydı kırmızı cüceler gibi alt cüce ve cüce yıldız sınıfına girecekti. Şimdilik Güneş orta sıklet bir yıldız.
Sonuç olarak yıldızları sınıflandırmak için mutlak parlaklığını (kendi parlaklığı), rengini (ışınıklığı) ve yüzey sıcaklığını alarak Hertzsprung-Russell diyagramı üzerine yerleştiriyoruz. Bu bağlamda Güneş gibi sağlıklı yıldızlar diyagramın ortasında ana sıralama yıldızları olarak yer alıyor.
Nötron yıldızı, kara delik ve beyaz cüce gibi ölü yıldızlarla kırmızı devler gibi ölmekte olan yıldızlar ise ana sıralama dışında kalıyor. Şimdi evrenin en cüsseli ve en büyük 10 yıldızını sıralayalım:
Latince gemi omurgası anlamına gelen ve güney yarımküreden görülen Karina takımyıldızında yer alan Eta Carinae, bizden 7500 ışık yılı uzakta bulunan özel bir yıldız sistemi. Eta Carinae sisteminde dev boyutlarda olan iki süper sıcak yıldız var; ama daha fazla yıldız da olabilir).
Eta Carinae’nin en büyük yıldızı, aynı zamanda 120 Güneş kütlesi ile bilinen evrenin de en cüsseli ve en büyük kütleli yıldızlarından biri. Bu yıldız Güneş’ten sadece (!) 250 kat büyük. Öyle ki müthiş kütlesine rağmen kendini bir arada tutmakta zorlanıyor.
Böylece uzaya yılda 500 Dünya kütlesine dek gaz üfleyerek zayıflıyor. Buna rağmen Eta Carinae sisteminin ana yıldızı 3 milyon yıl sonra normal süpernovadan 100 kat güçlü bir hipernova olarak patlayacak.
Astrofizikçiler bizden 163 bin ışık yılı uzaktaki R136a1’ye isim vermeye üşenmiş görünüyorlar. Her durumda Samanyolu’nun uydu cüce galaksilerinden biri olan Büyük Macellan Bulutu’nda yer alan R136a1’nin kütlesi Güneş kütlesinin 315 katına erişiyor.
Evrende morötesi ışık saçan ilk yıldızlar yazısında anlattığım gibi, bu yıldızın cüssesi astrofizikçileri de şaşırttı; çünkü geçen yıla dek, evrenin en ağır yıldızının ancak Güneş kütlesinin 150 katına erişebileceğini sanıyorduk. Oysa hemen hiç ağır element içermeyen yıldızların çok daha kütleli olabileceğini anladık.
Şimdi de evrenin en büyük yıldızı sınıflandırmasına geçelim. Bu açıdan İkizlerevi iyi bir başlangıç noktası. Orion takımyıldızının omzunda ve bizden yaklaşık 694 ışık yılı uzakta yer alan bu kırmızı üstdevin çapını kesin ölçemiyoruz.
Aslında en büyük yıldızların hiçbirinin çapını yüksek kesinlikle ölçemiyoruz; ama İkizlerevi Güneş’ten 694-1172 kat daha büyük bir yıldız. İkizlerevi, aynı zamanda Güneş’in büyüklüğünü göstermek için en sık kullanıldığımız örnek.
İkizlerevi’nden sonra yine Büyük Macellan Bulutu’nda ve bu kez 168 bin ışık yılı uzakta bulunan kırmızı üstdev (süper dev) WOH G64’ün çapı ise Güneş’in 1540 katına erişiyor. WOH G64 bilinen en büyük yıldızlardan biri; ama çok yakın bir rakibi var: Cepheus (Kral) takımyıldızında, bizden 3500 ışık yılı uzakta yer alan portakal üstündev (hiper dev) RW Cephei’in çapı Güneş’in 1535 katı.
Dünyadan 11 bin 500 ışık yılı uzaktaki Westerlund 1 süper yıldız kümesinde yer alan kırmızı üstdev veya üstündev Westerlund1-26’ın çapı da Güneş’in 1330 katına erişiyor. Onu yakından takip eden V354 Cephei ve VX Sagittarii ise 1520 Güneş çapıyla yaklaşık aynı boydalar.
Birkaç yıl öncesine kadar, evrenin en büyük yıldızı unvanı bizden 3900 ışık yılı uzaktaki Büyük Köpek Takımyıldızı’nda yer alan VY Canis Majoris adlı kırmızı üstdev yıldıza aitti.
Bu yıldızın çapı 2006 yılında Güneş’in 1540 katı olarak ölçüldü. Ancak, hata payını dikkate alırsak ortalama çapı Güneş’in 1420 katına eşitleniyor. Bu nedenle V354 Cephei ve VX Sagittarii’nin ardından büyüklükte 8. sıraya düşüyor. Ancak, 17-25 Güneş kütlesi ile UY Scuti’den çok daha cüsseli bir yıldız. Öyleyse evrenin en büyük yıldızı unvanına aday olan UY Scuti’yi görelim.
Bizden 9500 ışık yılı uzakta, Scutum (Kalkan) takımyıldızında yer alan UY Scuti’nin çapı Güneş’in 1708 ± 192 katı. Biz de 1708 katını baz alırsak UY Scuti’nin çapı 2,4 milyar km’yi aşıyor. Bu da Dünya-Güneş uzaklığının yaklaşık 16 katına karşılık geliyor.
Öyle ki UY Scuti’nin çapı Güneş-Satürn uzaklığını 935 milyon km aşıyor ve aradaki fark Jüpiter’in Güneş’e ortalama uzaklığından daha büyük oluyor! Dahası Güneş’in 1708 katı çapla UY Scuti’nin çevresi yaklaşık 15 milyar km’ye ulaşıyor. Öyle ki ışık hızında gitseniz bile çevresini dolaşmak 14 saat sürerdi.
UY Scuti’nin çapını kesin olarak ölçemediğimizi hatırlatalım ve Güneş’in 1900 katı ila 1516 katı olabileceğini belirtelim. Bu durumda en düşük çap, UY Scuti’nin aslında V354 Cephei ile VX Sagittarii’den daha küçük olması anlamına geliyor.
Dahası UY Scuti o kadar büyük ki düşük yüzey sıcaklığına rağmen, yerçekimi yıldızın dış katmanlarını tutmakta zorlanıyor. Bu da 10 Güneş kütlesi ile VY Canis Majoris’ten çok daha düşük kütleli olan UY Scuti’nin çapının değişmesine yol açıyor.
Özetle bu yıldıza yakından baksaydık top gibi düz değil de yumru yumru ve pütürlü bir yuvarlak olarak görürdük. Çapı ölçüm hataları ve yıldız dinamiği nedeniyle bir türlü kesin olarak ölçülemeyen UY Scuti’nin bilinen en büyük yıldız olması işte bu yüzden çok tartışmalı bir konu.
Evrenin en büyük yıldızı tartışmalı bir konudur derken bir de NML Cygni var: Kuğu takımyıldızında, Dünya’dan 5300 ışık yılı uzakta yer alan bu yarı düzenli değişken kırmızı üstündev yıldızın çapı Güneş’in 1647 ila 2775 katına eşit. Öyle ki 1647 kat ile bilinen en büyük ikinci yıldız oluyor; ama çapı 2775 kat ise en büyük yıldız unvanını kapıyor.
Yine de NML Cygni’nin çapının alt-üst değerleri arasında Güneş çapının 1128 katı kadar fark var. Bu yüzden en büyük ilk 10 yıldız arasında bulunmasına karşın, gerçekten kaçıncı sırada yer aldığını bilemiyoruz (aradaki fark 750 milyon km yarıçapla Jüpiter-Güneş uzaklığına erişiyor!).
Buraya kadar evrende bilinen en büyük yıldızları sıraladık. Ancak, 93 milyar ışık yılı çapındaki gözlemlenebilir evrende yer alan 2 trilyon tam boy galaksi içinde, evrenin en büyük yıldızını bizim bulacağımızı düşünmek mantıksız olur.
Yine de fizik bilimi bize evrende olası en büyük yıldızın ne kadar büyük olabileceğini söylüyor. Ancak, burada da yıldızın sıcaklığa ile kütlesi; yani genleşme etkisi ile yerçekimi devreye giriyor:
Dev yıldızların yüzeyi doğal olarak soğuk olur; ama bir yıldız çok da soğuk olamaz. Aksi takdirde nükleer füzyon durmuş ve yıldız sönmüş demektir. Keza bir yıldız çok şişkin de olamaz. Bu kez yerçekimi yıldızı bir arada tutamaz.
Ayrıca günümüzdeki dev yıldızlar astronomik ölçekte genç sayılan üçüncü kuşak yıldızlar. Bunlar az miktarda olmakla birlikte demir gibi helyumdan ağır elementler içeriyor. Çapıyla sıcaklığına göre, salt hafif element içeren yıldızlardan çok daha ağır ve yoğun oluyor.
Özetle bugün evrende mümkün olan en büyük yıldız, 2727 derecelik yüzey sıcaklığı ile Güneş’ten en fazla 2600 kat büyük olabilir; yani çapı en fazla 3,6 milyar km’ye erişebilir.
Daha doğrusu en büyük yıldızlar değil; ama en ağır yıldızlar, evren 180 milyon yaşındayken doğdu ve 200-220 milyon yıl yaşındayken öldü. Bu yıldızlar ilk ağır elementleri üretti.
Aynı zamanda büyük patlamadan sonra yanan ilk yıldızlar olduklarından; evren 380 bin yaşındayken yayılan kozmik mikrodalga artalan ışımasından sonra evrendeki ikinci ışık kaynağı oldular. Yıldızlararası uzaydaki moleküler hidrojen gazını iyonize ederek Dünya gibi gezegenlerle yaşamın oluşması için gereken atomları ürettiler.
Bu yıldızlar en hafif elementlerden, hidrojen ile helyumdan oluşuyor ve az miktarda lityum içeriyordu. Sonuçta ağır elementler içeren ikinci kuşak yıldızlardan çok daha cüsseli oldular ve kütleleri Güneş’in 1200 katına erişti. Oysa bugün en ağır yıldız Güneş’ten en fazla 350 kat kütleli olabilir.
Evrenin en büyük yıldızları çoktan öldü; çünkü bunlar büyük patlamadan sonra doğan ilk yıldızlardı. Diyebiliriz ki evrenin en ağır ve en büyük yıldızları aslında aynı yıldızlardı. Bunlar 13,6 milyar yıl önce yaşadı.
Dahası bunların bir kısmı gerçek anlamda yıldız sayılmazdı; çünkü çekirdeğinde kara delik olan yarım yıldızlardı. Her ne kadar ilk yıldızların tamamı yarım yıldız olmasa da Güneş’ten 1200 kat kütleli bir yıldızın normal bir çekirdeğinin olması imkansızdır:
Bu yıldızlar o kadar ağırdı ki çekirdekleri kara deliğe dönüştü ve bu kara delikler yıldızın gaz katmanları yutarak dev yıldızları içeriden kemirmeye başladılar. Böylece yıldızı yutana kadar geçecek olan birkaç milyon yıllık sürede ilk yıldızları ayakta tutan ısı ve enerjiyi sağladılar.
Yarım yıldızlar bugün de var olabilir; ama büyük patlamadan sonra ilk oluşan yarım yıldızların bugünkü torunlarından çok daha büyük ve ağır olduğunu düşünüyoruz.
Her durumda ister gerçek olsun ister yarım yıldız, ilk yıldızların çekirdeği o kadar büyük bir basınç altında eziliyordu ki bunların yüzey sıcaklığı 300 bin dereceyi aşıyordu. Kısacası ilk yıldızlar görünür ışıkta değil çok morötesi ışıkta parlıyordu.
Yine de hiçbir yıldızın büyüklüğü evrende bilinen en büyük tekil gökcisminin boyutlarına erişemez: 17 milyar Güneş kütlesindeki süper kütleli kara delik NGC 1277, bizden 238 milyon 100 bin ışık yılı uzaktaki bir merceksi galaksinin merkezinde bulunuyor.
NGC 1277’nin çapı tam 4 ışık yılı ve Güneş Sistemi’nin çapının da 3,2 ışık yılı olduğunu düşünürseniz bu muazzam bir büyüklük. Yalnızca galaksiler, bulutsular, yıldız kümeleri ve diğer süper kütleli kara delikler NGC 1277’den daha büyük olabilir.
Sonuçta evrendeki en büyük süper kütleli kara delikler 50 milyar Güneş kütlesine ve 6 ışık yılı çapa erişebilir. Kısacası Interstellar filmindeki gibi içine düşmeseniz bile, böyle bir kara deliğin çevresinde dönmek insanı yaşlandırır. Peki ya Dünyada Olmayan Elementler İçeren Yıldızı duydunuz mu?