Yildizlarin Güç Kaynaklari

[boxcigar]

Bir an için kütleçekiminin Güneş'in tek güç kaynağı olduğunu düşünelim.Oluşum sürecindeki ilkel Güneş'in dağınık yıldızlararası gaz bulutuhalinden başlayarak çökmesi sırasında merkezdeki sıkışma arttıkçasıcaklık da artar. Güneş'in sahip olduğu toplam kütle çekimi enerjisiE=GM-/R olarak gösterilebilir. Burada G Newton'un kütle çekim sabiti, MGüneş'in kütlesi, R ise yarıçapıdır. M=2x 1033 gram ve R=7xlOH) cmalınırsa Güneş'in sahip olduğu toplam kütleçekimi enerjisi 4xl048 ergolarak bulunur.

L ile gösterilen Güneş'in ışıma gücü -yani enerjisini yayma hızı- isesaniyede 4xl033 erg civarındadır. Dolayısıyla gücünü yalnızcakütleçekimi enerjisinden alsaydı, Güneş'in E/L oranındanhesaplanabilecek yaşam süresinin yaklaşık 30 milyon yıl olmasıgerekirdi. Bu ise Güneş sistemindeki en eski kayaların yaşı olan beşmilyar yıldan çok daha kısa bir süredir. Bu çok açık çelişkinin çözümü,nükleer enerjidedir.

Modern simya olarak adlandırabileceğimiz nükleer füzyon yoluylaelementlerin birbirine dönüşmesi yıldızlara gücünü veren enerjikaynağıdır. Evrende en bol bulunan element olan hidrojen, Güneş'inmerkezindeki yoğun sıcaklık ve basınç altında yavaş yavaş helyumadönüşmektedir. Bir helyum atomunun kütlesi, dört hidrojen atomununtoplam kütlesinden yüzde 0.7 daha küçüktür. Bu kütle farkı hemen hemensaf enerji biçiminde gamma ışınları, nötrino, pozitron ve buparçacıkların kinetik enerjileri olarak ortaya çıkar. Güneş'inmerkezinde serbest kalan bu radyoaktif enerji yüzeye yaklaşırkenyumuşar ve Güneş atmosferini terkederken hemen hemen tümüyle zararsızsarı ışığa dönüşür. Bununla birlikte, yıldızların nükleer yakıtlarıeninde sonunda tükenir.

Güneşimizin yaşam süresini hesaplayabilmek amacıyla, tüm çekirdeğini(ki bu, kütlesinin yaklaşık olarak %10'udur) nükleer yakıt olarakkullanabileceğini varsayalım. Einstein'ın meşhur formülüne göre, ilkeolarak madde, gram başına c2 erg enerjiye dönüştürülebilir. Burada cışık hızıdır. Bu mantık, ancak madde-karşı madde yokolması sırasındasağlanabilecek yüzde yüz dönüşüm verimliliği varsaymaktadır.Yıldızlarda ise kesinlikle karşı-madde bulunmaz. Yıldızların enerjikaynağı, verimliliği yalnızca yüzde 0.7 olan nükleer füzyondur.

Bu da yıldızların enerji deposunun, eğer tümüyle helyuma dönüşebilirse,çekirdeklerinin kütlesinin yüzde 0.7'si kadar olduğu anlamına gelir.Nükleer reaksiyonların oluşabileceği ölçüde sıcak olan Güneş'inçekirdeği, toplam kütlesinin onda biri kadardır. Bu nedenle de Güneş'inenerji deposunun 0.0007 Mc2 olduğu söylenebilir. Burada 0.1 MQ =2x1032gram, çekirdeğin kütlesi olup, eşdeğer enerjiyi hesaplayabilmek için busayıyı 0.007c2 ile çarpıyoruz. Bu hesap bize Güneş'in enerji deposunun1.4x1051 erg olduğunu söylüyor. Bu yakıl, saniyede 4xl033 erg oranındatüketildiğinde yaklaşık 10 milyar yıl yetecek ölçüde çoktur. Buradan daGüneş'in, hidrojen yakıtının henüz, yalnızca yansını tüketmiş olduğusonucuna varıyoruz.

Güneş'in çekirdeğinde sürüp giden nükleer reaksiyonların sonuçlarındanbiri de nötrino adı verilen zayıf etkileşimli parçacıklarınüretilmesidir. Bütün termonükleer reaktörler nötrino üretirler.Nötrinolar bu reaksiyonların kaçınılamaz ürünleridir. Güneş'inenerjisini nükleer füzyonla açıklayan teori, nötrinoların Güneş'inmerkezinde çok büyük miktarlarda üretildiğini öngörür. Çevresiyleetkileşimi son derece zayıf olan bu parçacıklar ışık hızıyla hareketeder ve Güneş'in yüzeyinden doğrudan doğruya dışarıya kaçarlar.

Güneş'ten kaynaklanan nötrinolar Güney Dakota'da yeryüzünün yaklaşıkiki kilometre altında bulunan Homestake altın madeninde yaklaşık 300000 litre karbon tetraklorür (GG14) sıvısının gözlendiği büyük veönemli bir deney sistemi sayesinde algılanabiliyor. Yeraltı madeni,kozmik ışınların girişimini önlemek üzere özel olarak seçilmiştir.Normal klor izotopu bir nötrino soğurarak radyoaktif bir argonizotopuna dönüşür: CI37 + Nötrino -> Ar37 + Elektron.

Her iki ayda bir karbon tetraklorür sıvısı boşaltılmakta, filtreedilmekte ve çok küçük miktarlarda da olsa radyoaktif argon içeripiçermediği büyük bir titizlikle araştırılmaktadır. Güneş kaynaklınötrinoların soğurulması nedeniyle her gün bir tane radyoaktif argonoluşacağı öngörülmektedir. İki aylık inceleme sonucunda genelliklebirkaç tane argon atomuna rastlanmakta, bu yolla da Güneş'te nötrinoüretildiği kanıtlanmakladır. Bununla birlikte, deney sonucunda saplanannötrinolar, teorik olarak öngörülen parçacıkların üçte biri kadardır.Ya Güneş'in içindeki sıcaklıkla ilgili teorilerimiz, tam doğru değil,ya da nötrinolara ilişkin yeni fizik keşfedilmeyi bekliyor.

Güneş'in merkezinde üretilen nötrinoların gerçekten algılanabiliyorolması son derece şaşırtıcı bir sonuçtur. Dünyamızdan yüz elli milyonkilometre uzakta çalışan ve Güneş'e enerjisini sağlayan nükleerreaktörün kesin kanıtıdır. Bununla birlikte, yaklaşık 20 yıldan bu yanadevam eden klor deneyi, yalnızca Güneş'ten kaynaklanan çok yüksekenerjili nötrinolara karşı duyarlıdır. Her tür enerjiye sahip Güneşnötrinolarını algılayabilecek deneyler de yoldadır.

Bunlardan ikisinde (İtalya ve Rusya'da olanlar) bir nötrino galyumatomuna çarptığında ortaya çıkan germanyum izotopunun radyoaktifçekirdeğini inceleyebilmek amacıyla detektör sıvısı olarak galyumkullanılmaktadır. Japonya'da hazırlanan bir üçüncü deneyde sudansaçılan nötrinoların neden olduğu hızlı elektronların saçtığı ışıkalgılanmaktadır. Tüm bu deneyler Güneş kaynaklı nötrinoları saymakta vekozmik ışınlar tarafından üretilen fazladan nötrinolardan korunmakamacıyla bir dağın altında veya yerin yaklaşık bir kilometre altındakimaden ocaklarında konumlandırılmaktadır.