Astrofizikçi Miguel Montargès, Betelgeuse ile tanıştığı anı hâlâ net bir şekilde hatırlıyor. 7-8 yaşlarındaydı, ailesinin Fransa’nın güneyindeki evinin bahçesinden gökyüzüne bakıyordu. Bir an parlak ve kırmızı bir yıldız gecenin karanlığında göz kırptı. Minik uzay meraklısı o sıralar incelediği astronomi dergisinden çıkan yıldız haritasında o yıldızı buldu, ismi Betelgeuse’dü.
Bu keşif zihnini aydınlatmıştı. O yıldız artık uçsuz bucaksız, keşfedilmemiş bir denizde yüzen isimsiz noktalardan biri değildi artık. O ismi olan bir hedefti.
Bugün Paris Gözlemevi’nde araştırmacı olarak çalışan Montargès, o zamandan bu yana Betelgeuse’le ilgili yaklaşık bir düzine makale ve bir doktora tezi yayımladı. Yaşlı yıldızı bir arkadaş gibi görüyor ve her sene defalarca gözlemliyor, hem iş hem de eğlence için. Yıldız her Mayıs ayında, Güneş’in ardına kaydığında ona veda edip, Ağustos’ta ortaya çıktığında onu tekrar karşılıyor.
Parlak yıldız, 2019’un sonlarında görünürde hiçbir neden olmaksızın aniden sönükleşmeye başladığında Montargès heyecana kapıldı. Bazı insanlar Betelgeuse’ün dolunayı bile gölgede bırakacak parlaklıkta bir süpernova patlaması geçirmek üzere olduğunu ileri sürdü. Astronomlar yaşlı yıldızın günlerinin sayılı olduğunu uzun zamandır biliyordu, ancak Montargès bu kayba henüz hazır değildi, en sevdiği yıldızın “ölmesini” istemiyordu.
Tabii çoğu araştırmacı için durum farklıydı, onlar Betelgeuse’ün patlamasını gerçek zamanlı olarak izlemek konusunda oldukça hevesliydiler.
Süpernovalar
Süpernovalar Güneş’ten en az sekiz kat daha kütleli yıldızların şiddetli ölümlerinin işaretçisidir. Ancak astronomlar dağılmak üzere olan bir yıldızın nasıl bir sinyal verdiği bilgisine hala sahip değiller. Patlayan yıldızlar gezegenleri ve insanları (ve daha pek çok şeyi) meydana getiren elementlerin (örneğin karbon, oksijen ve demir) çoğunluğunu yıldızlararası uzaya serpiştirir. Yani süpernovaların nasıl meydana geldiği sorusu, kendi kökenimize dair de bir sorudur.
Ancak patlamalar nadir gerçekleşir; astronomların tahminine göre yüzyılda sadece birkaç kez. Yakınlarımızda (komşumuz olan bir galakside) görülen son süpernova olan SN 1987A’nın keşfi günümüzden 33 yıl önceye uzanıyor. Betelgeuse, her an süpernova patlaması geçirebilecek, yaşı ileri ve büyük kütleli –“kırmızı süper dev” evresindeki– pek çok yıldızdan sadece biri. Ancak bunların içerisinde bize en yakın ve parlak olanlarından olduğundan, uzay meraklıları tarafından en iyi bilineni.
Yıldız, 2019’un sonuna doğru garip davranışlar göstermeye başlayınca, Montargès ve Betelgeuse’ün sevenlerinden oluşan küçük bir grup, ulaşabildikleri tüm teleskopları sönükleşmekte olan bu deve çevirdiler. Takip eden aylarda yıldız alışıldık parlaklığına geri döndü ve eli kulağında süpernovaya karşı ilgi de böylece sönmeye yüz tuttu. Yine de neler olduğunu anlamak için aceleyle toplanan veri yığını, uzun zamandır varlığını sürdüren sorunun cevabını bulmaya yardım edebilir; büyük kütleli, yaşlı yıldızlar henüz patlamadan önce gezegenlerin yapıtaşı olan “yıldız tozu”nu uzaya nasıl yayarlar?
Orion’un omzu
Eğer kışın Kuzey Yarım Küre’den gökyüzüne baktıysanız, –o olduğunu fark etmemiş olsanız dahi– muhtemelen Betelgeuse’ü görmüşsünüzdür. Betelgeuse, Orion (Avcı) Takımyıldızı içerisindeki ikinci en parlak yıldızdır; bakış açımıza göre avcının sol omzunu işaretler.
Dahası Betelgeuse tam anlamıyla bir devdir. Yaşam istatistiklerine dair tahminler değişiklik gösteriyor olsa da, eğer Güneş Sistemi’nin merkezine oturtulsaydı, cüssesiyle Güneş’ten Jüpiter’e kadar olan alanı doldururdu. Çapı Güneş’in çapının 750 ila 1,000 katına, kütlesi ise Güneş’inkinin 15 ila 20 katına karşılık gelir. Dünya’dan uzaklığı ise sadece 550 ışık yılıdır. Bu özellikleri, onu genel olarak gökyüzündeki –gözlendiği zamana bağlı olarak– en parlak altıncı veya yedinci yıldız konumda tutar.
Betelgeuse’ün parlaklığı normal koşullarda bile değişiklik gösterir. Dış katmanları sıcak gaz ve plazmayla dolu kaynayan bir kazan gibidir. Sıcak malzeme yüzeye doğru yükseldikçe yıldızın parlaklığı artarken, çekirdeğe doğru indikçe parlaklığı azalır. Bu konveksiyon döngüsü Betelgeuse üzerinde yarı düzenli şekilde çalışan (yaklaşık 400 günlük bir periyotta salınım gösteren) bir karartma anahtarı işlevi görür. Ayrıca nedeni henüz bilinmese de, yıldızın parlaklığı altı yıllık periyotlarla da değişim gösterir.
Betelgeuse ile ilgili kesin olarak bilinen şey, zamanının dolmak üzere olduğudur. Neredeyse 10 milyon yıl yaşındadır; Güneşimizin 4.6 milyar yıl yaşında olduğu düşünülürse genç sayılır. Ancak Betelgeuse çok büyük bir kütleye sahip olması dolayısıyla yakıtını çok hızlı bir şekilde tükettiğinden, bir kırmızı süper dev olarak yaşamının son aşamasına ulaşmıştır. Çok uzak olmayan bir gelecekte, yıldız kendi ağırlığını taşımayı sürdüremeyecek ve kendi içine çökerek süpernova patlaması geçirecektir. Bunun ne zaman olacağını kestirmek zor, çünkü astronomik zaman zarfında yakın gelecek, 200.000 yıllık bir süreye karşılık gelmektedir.
Ekim 2019’da Betelgeuse’ün parlaklığı azalmaya başladı ki bu, kendi başına garipsenecek bir durum değildi. Betelgeuse’ün parlaklık döngülerini 1980’lerden beri izleyen astronom Edward Guinan (Pensilvanya’daki Villanova Üniversitesi’nde araştırmacı) parlaklıktaki değişimin normal 400 günlük döngülerde karşılaşılana uyduğunu belirtiyor. Ancak yıldız Noel’e kadar astronomların 100 yıldan uzun süredir ölçümlediği en düşük parlaklık seviyesine ulaştı ve Şubat 2020’ye kadar bu düşüş devam etti.
Guinan durumu fark edip alarm veren ilk kişilerdendi. Meslektaşları ile birlikte ilk olarak 7 Aralık’ta ve sonra tekrar 23 Aralık’ta The Astronomer’s Telegram web sitesine yıldızın sönükleştiğini belirten ve diğer astronomların da duruma göz atmalarını öneren bir bildiri gönderdiler.
Sönükleşmenin bir süpernovanın habercisi olduğunu düşünmek için aslında hiçbir neden yoktu; Guinan da bu kanıdaydı. Ancak bu patlamalar çok nadir gerçekleştiğinden, astronomlar yakında gerçekleşecek olan bir süpernovanın nasıl bir sinyal verebileceği konusunda yeterince bilgi sahibi değiller. Belki de o sinyallerden biri buydu. Dolayısıyla tüm astronomlar ve amatör uzay meraklıları durumdan haberdar olmalıydı. Tabii beklenebileceği gibi, haber çevrimiçi ortamda kıvılcım etkisi yarattı.
Harvard&Smithsonian’a bağlı Astrofizik Merkezi’nden astrofizikçi Andrea Dupree, Twitter’da durumun histerik bir hal aldığını söylüyor. Anımsadığı bir tweette patlamanın o gece gerçekleşeceği “#HIDE” etiketi ile paylaşılmış. Dupree ise buna, “Nereye saklayacağım? Masamın altına mı?” diye karşılık veriyor.
Şunu da belirtmek gerekir ki, Betelgeuse sonunda patladığında Dünya’daki yaşama zarar vermesi beklenmiyor, yıldız Dünyamızdan güvenli bir uzaklığa sahip. Dolayısıyla meselenin güvenlik boyutu söz konusu değil.
Hemen gözlem planlarını revize etmeye koyulsalar da, astronomların çoğu Betelgeuse’ün sonunun geldiğine gerçekten inanmadı. Ancak bir kısmı gerçekten heyecana kapıldı. Buna rağmen Guinan’a göre, adeta Betelgeuse’ü gözlerken kimse gözünü kırpmaya niyetli değildi. Olası bir süpernova sonucu ortaya çıkabilecek nötrinoları ve kütleçekimsel dalgaları (uzay-zamandaki dalgalanmalar) ölçümleyen enstrümanların vereceği sonuçlar önemliydi. Bunlardan birinin tespit edilmesi süpernovanın habercisi olabilirdi.
Max Plack Enstitüsü’nden astrofizikçi Thavisha Dharmawardena bunun gerçekleşmiş olabileceğini düşünenlerdendi: “Başka açıklamaların da olduğunu biliyorduk ve bunları da incelememiz gerekebilirdi. Ama Betelgeuse’un yaşlı bir yıldız olduğunu da biliyorduk, yaşamının sonuna yakındı. Bu durum heyecan vericiydi.”
İki kamp
Şubat ayının ortalarında yıldız her zamanki parlaklığına dönmeye başlayınca, süpernova tartışmaları da duruldu. 10 Ekim’de Astrophysical Journal’da yayımlanan bir makale Betelgeuse’ün yaşlılık döneminin daha başında olduğunu ve patlayana kadar daha en az 100.000 yılı daha olduğunu öngörüyordu. Yani Betelgeuse sağ salim yerinde durmaya devam edecekti. Öyleyse bu gözlenenlere ne sebep olmuştu?
Dünyanın dört bir yanındaki (ve tabii uzaydaki) teleskoplardan gelen verilerin incelenmesi süreci astronomların iki kampa bölünmesiyle sonuçlandı. İlk kamptakiler, Betelgeuse’ün içinden dışarı püskürttüğü toz bulutunun kendi parlaklığını kestiğini söylerken, ikinci kamptakiler ise cevabın ne olduğu konusundan emin olmamakla birlikte toz iddiasına “hayır” diyor.
Eğer toz bulutu tezi doğru ise, bunun evrendeki karmaşık kimyanın, gezegenlerin ve hatta yaşamın kökeniyle ilgili derin anlamları olabilir. Kırmızı süper devler sadece yıldızların içerisinde dövülmüş olan elementlerle dolu, dağınık gaz ve toz bulutları ile çevrilidir. Bu bulutlar yıldız patlamadan önce oluşur. Görünüşe göre süper devler ölmeden önce dahi yeni nesil yıldızlara bu malzemeleri miras bırakırlar. Montargès, “Vücudumuzdaki karbon ve oksijen de oradan gelir, süpernovalardan ve ölen yıldızların etrafındaki bulutlardan” diye belirtiyor. Ancak bu elementlerin yıldızlardan dışarı nasıl kaçtığı hala net değil. Montargès, Betelgeuse’ün ilginç davranışının incelenmesiyle bilim insanlarının bu süreci izleyebilmelerinin mümkün olmasını umuyor.
Aralık 2019’da o ve meslektaşları Betelgeuse’ü görünür ışık tayfında görüntüledi. Bu çalışma Şili’deki VLT’nin (Very Large Telescope: Çok Büyük Teleskop) üzerindeki SPHERE enstrümanı kullanılarak yapıldı. Sonuçlar gösterdi ki, Betelgeuse 11 ay öncekinden çok daha soluktu ancak yıldızın sadece alt yarısı. Bu da, olayın sorumlusunun asimetrik bir toz bulutu olması ihtimalini işaret ediyor.
15 Şubat 2020 tarihli gözlem verileri bu fikri destekler gibi görünüyor. Bu verileri Şubat 2004’teki verilerle karşılaştıran araştırmacılar, Betelgeuse’ün sıcaklığındaki düşüşün, konveksiyon döngüleri gibi, yıldızın içsel bir durumundan kaynaklanabilecek kadar fazla olmadığını rapor ettiler (ilgili makale 10 Mart 2020’de Astrophysical Journal Letters’da yayımlandı). Yani toz bulutu tezi geçerli bir açıklama olarak kaldı. Araştırmacılar, Betelgeuse’un püskürttüğü kütlenin, yıldızın etrafında toza neden olduğunun bilindiğini ve bu tozun Dünyamız doğrultusunda ilerlerken soğuyup, geçici olarak yıldızın ışığını kesebileceğini belirtiyor.
Kara bulut
Toz bulutuna güçlü bir destek, Betelgeuse’ü Hubble Uzay Teleskopu’yla izleyen Dupree’den geldi; Guinan gibi onun da Betelgeuse ile on yıllardır sürüp giden bir ilişkisi var. 1996’da Dupree ve meslektaşı Ronald Gilliland Hubble ile Betelgeuse’a odaklanarak yıldızın görüntüsünü ilk yakalayan kişiler oldular. Bu görüntü aynı zamanda Güneş dışındaki bir yıldıza ait ilk görüntü olması açısından da önemli. Çoğu yıldız bizden oldukça uzak ve düşük patlaklıktadır, dolayısıyla uzayda yalnızca bir nokta gibi görünürler. Betelgeuse ise yüzeyi iki boyutlu bir disk olarak görüntülenebilen nadir yıldızlardandır.
Dupree, farklı ülkelerden araştırmacılardan oluşan uluslararası ekibiyle birlikte Betelgeuse’ü 2019’un sonuna kadar –senede birkaç kez– düzenli bir şekilde gözlemledi. Hubble aracılığıyla çeşitli dalga boylarında gerçekleştirilen bu gözlemlerin amacı Montargès’inkiyle aynıydı; Betelgeuse’ün ve muhtemelen diğer kırmızı süper devlerin içlerindeki malzemeyi nasıl kaybettikleri sorusuna cevap bulmak.
Ekibin Ocak ve Mart 2019’daki gözlemlerinde Betelgeuse “tamamen normal” görünürken, sönükleşme olayının gerçekleşmesinden hemen önce, yani Eylül’den Kasım’a kadarki süreçte, yıldızın güney yarım küresinde normalin dört veya beş katı kadar morötesi ışıma tespit edildi. Aynı şekilde, bu bölgede sıcaklık ve elektron yoğunluğunun da yükseldiği gözlendi. Dahası yıldızsal madde, yıldızın dışına doğru –Dünyamız doğrultusunda– hareketlenmiş gibi görünüyordu.
Ne olduğuna dair Dupree ve meslektaşlarının teorisi, yıldızın dış katmanlarında sürekli olarak çalkalanan dev ve sıcak plazma kabarcıklarından birinin, yıldızın atmosferinin sınırına kadar yükselip kaçtığı ve büyük miktarda maddeyi yıldızlararası uzaya saçtığı yönünde (ilgili makale 10 Ağustos 2020’de Astrophysical Journal’da yayımlandı). Bu olay, kırmızı süper devlerin patlamadan önce içerisindeki malzemeyi yaymasının bir örneği olabilir.
Dupree’ye göre, sıcak madde bir kez yıldızdan kurtulduktan sonra, soğuyup yoğunlaşarak toz bulutunu meydana getirdi ve birkaç aylığına Betelgeuse’ün önünde yüzdü. Önündeki toz temizlendikçe de Betelgeuse parlaklığını tekrar kazandı. Dupree konuyla ilgili olarak, “Bize öyle geliyor ki, gördüğümüz morötesi ışıma, bir tür tüten silah” diyor ve ekliyor, “Malzeme dışarı doğru ilerledi, yoğunlaştı ve bu kara toz bulutunu oluşturdu”.
Herkes aynı fikirde olmasa da, NASA’nın astrofizik bölümü direktörü Paul Hertz, Hubble’ın sonuçlarını 10 Eylül’de gerçekleşen çevrimiçi bir toplantıda sunarak, gizemin çözüldüğünü duyurdu.
Döngüler ve lekeler
Betelgeuse süpernova geçirmeyecek olabilir, ancak bu, toz bulutunun sönükleşmenin ardındaki esas neden olduğu anlamına da gelmemektedir.
Dharmawardena ve meslektaşları, Hawaii’deki James Clerk Maxwell Teleskopu’nu kullanarak Ocak, Şubat ve Mart Aylarında milimetre-altı dalga boyunda yaptıkları gözlemlere dayanarak toz bulutu tezine karşı çıkıyor. (İlgili makale 1 Temmuz 2020’de Astrophysical Journal Letters’da yayımlandı). Dharmawardena’ya göre, eğer nedenin bir toz bulutu olduğu düşünülüyorsa, bakılması gereken ideal yer milimetre-altı dalga boyu, çünkü toz nedeniyle Betelgeuse bu dalga boyunda daha parlak görünmeli. Bunun sebebi yüzen toz zerrelerinin yıldızdan gelen ışığı emip -–milimetre-altı dalga boyunda– tekrar yayması.
Ancak gözlemlenen bu değil; aksine yıldızın milimetre-altındaki parlaklığı hafifçe azalmış görünüyor. Dharmawardena, ilk düşüncelerinin bir yerlerde hata yaptıkları yönünde olduğunu, çünkü topluluktaki herkesin toz bulmayı beklediğini söylüyor. Ancak parlaklığın milimetre-altında “ne artmış ne de sabit kalmış olması gerçeği”nin bunun toz olmadığını açıkça ortaya koyduğunu belirtiyor.
Eğer toz gerçekten varsa, uçakla taşınan SOFIA teleskopuyla kızılötesi dalga boylarında yapılan gözlemlerde de ışıyan tozun izine rastlanmalıydı. Ancak burada da tozun varlığına dair bir kanıt bulunamadı.
Guinan, Betelgeuse’daki sönükleşmenin yıldızın doğal konveksiyon döngüsünün bir parçası olabileceğini düşünüyor. Yıldızın içerisindeki devasa sıcak plazma kabarcıkları, yüzeye yükselip gerisin geri batarak, dış atmosferin düzenli bir şekilde zonklamasına, Guinan’ın tabiriyle “nefes alıp vermesine” neden olur. Guinan, yıldızın iç çekirdeğinin burada motor işlevi gördüğünü belirtiyor, “iç katmanlardan yükselen kütle soğuyup yoğunlaşarak geri düşüyor”.
Çakışan birden fazla döngü 2019’daki sönükleşmenin neden bu kadar şiddetli olduğunu açıklayabilir. Guinan ve meslektaşları Betelgeuse’un –tarihi, John Herschel’in yıldızın parlaklığındaki değişimi keşfettiği 1839’a kadar uzanan– 180 yıllık gözlem geçmişini analiz ettiler. Ekip, yıldızın halihazırda bilinen yaklaşık 6 yıllık ve 400 günlük döngülerine ek olarak, üçüncü ve daha kısa aralıklı (187 günlük) bir döngüsü daha olabileceğini keşfettiler. Guinan, görünüşe bakılırsa 2019’un sonralarında bu üç döngünün de en düşük patlaklık noktasının çakışmış olabileceğini söylüyor.
Dharmawardena’nın görüşü ise, Montargès’in ekibinin SPHERE ile güney yarım kürede gördüğü karartının nedeninin dev bir yıldız lekesi olabileceği yönünde. Güneş’te de görülen bu kara benekler (Güneş lekeleri), yüzeydeki manyetik olarak aktif bölgelerin işaretçisidir. Betelgeuse’ün, yıldız lekelerinin Dünya’dan direkt olarak seçilebildiği bir avuç yıldızdan biri olduğunu da belirtelim.
Ancak Betelgeuse’daki sönükleşmeye neden olması için, yıldız lekesinin devasa boyutlarda olması gerekir. Dharmawardena, tipik yıldız lekelerinin yıldızın –görünen– yüzeyinin yaklaşık yüzde 20 ila 30’unu kapladığını belirtiyor. Betelgeuse’dakinin ise en az yarısını (belki yüzde 70’ine kadar) kaplaması gerekiyor. Dharmawardena bunun nadir görülen bir durum olacağını kabul etmekle beraber, Betelgeuse’daki sönükleşmenin açıklaması olabileceğini düşünüyor.
Pandemi engeli
Analiz sonuçları gelmeyi sürdürüyor. Ancak tam Betelgeuse normal parlaklığına döndüğü sıralar bütün dünyayı COVID-19 pandemisi vurdu.
Dharmawardena, “Çok daha fazla veriye sahip olmayı umuyorduk” diyor.
Birkaç gözlem son dakikada yetişti. SOFIA ile yapılan gözlemeler pandemi nedeniyle uçuş kısıtlamaları gelmeden önce yapılan son uçuşlardan oldu. Montargès de, gözlemevi Mart Ayının ortasında kapanmadan birkaç gün önce SPHERE ile son gözlemlerini yaptı.
Montargès’e göre, cevabın toz olup olmadığını çözmenin en umut vaat eden yolu, Dupree’nin 90’lı yıllarda Hubble ile yaptığı gibi yıldızın tüm diskinin 2 boyutlu bir görüntüsünün oluşturulması, ama bu sefer kızılötesi veya milimetre-altı gibi daha uzun dalga boylarında; tıpkı Dharmawardena’nın 2020’nin başında oluşturduğu görüntüler gibi. Montargès bu sayede tozun yıldızdan ayırt edilebileceğini düşünüyor.
Sadece tek bir gözlemevi bu ikisini birlikte gerçekleştirebilir: Şili’deki Atacama Çölü’nde bulunan ALMA (Atacama Large Millimeter/submillimeter Array: Atacama Büyük Milimetre/Milimetre-altı Dizgesi). Montargès, Haziran ve Temmuz aylarında (güney yarım kürede kışın gökyüzünün en duru olduğu dönemde) ALMA’yı kullanarak Betelgeuse’ü gözlemlemek için başvuruda bulunmayı planlarken, gözlemevi Mart Ayında pandemi nedeniyle kapandı. Fırsat kaçmıştı ve Montargès’e göre belki cevabı bulma umudu da.
Başka herhangi bir yıldız
Sonuçta Montargès’e göre, eğer toz bulutu kampında yer alanlar kısmen de olsa haklı iseler, Betelgeuse’ün sönükleşmesi ile birlikte yaşamın temeli olan malzemenin evrene yayılışını ilk kez canlı olarak izlemiş olabiliriz. Bu, evrendeki yaşamın kökenini anlamak açısından eğitici olabilir.
Bu arada, Montargès en sevdiği yıldızın yeniden eskisi gibi parıldadığını görmekten memnum görünüyor, “Kabul etmeliyim ki (2019) Aralık ayından, yani tüm bunlar başladığından beri, onu her gördüğümde, ‘Vay be, işte hala orada’ diyorum” diyor.
İnsanlar ona sürekli Betelgeuse’ün süpernova geçirmesini isteyip istemediği soruyor, sonuçta üzerinde çalışabileceği bir konu olacak bu. Montargès, “Başka herhangi bir yıldızın süpernova geçirmesini isterim” diyor ve ekliyor: “(Mesela) Antares, onu hiç umursamıyorum; istediği zaman patlayabilir. Ama Betelgeuse değil.”
Kaynak: https://www.sciencenews.org/article/betelgeuse-star-dim-supernova-death-what-happened