Kimyasal Elementlerin Oluşumu ve Evrimi...
Evrendeki tüm kimyasal elementler ne zaman ve nasıl
oluştu?
Bütün bilimsel birikimimiz ve zihinsel çabalarımız, bizi şimdilik 13,7 milyar yıl öncesine, Big Bang olarak bilinen büyük patlamaya kadar götürüyor. Steven Weinberg “ İlk Üç Dakika “ adlı kitabında, evrenin bu ilk üç dakikasını çok güzel anlatır.
Kuarklar, Gluonlar ve Leptonlar, tüm atom altı parçacıklar, bu büyük patlamanın ilk saniyesi içinde oluşmuş. Bu, o ana özgü, bizim için tasavvur edilmesi bile olanaksız yüksek ısı, basınç ve yoğunluk altında tüm elementlerin bu ilk bir kaç dakika içinde oluşmuş olduğu varsayıldı ilkin1.
Ancak daha sonra gösterildi ki, sadece hidrojen ve izotopları, Helyum ve izotopları ile çok az (iz miktarda) miktarda Lityum2, Berilyum ve Bor oluşabilmişti bu koşullarda ancak.
Oluşanlar sadece protonlar ve elektronlar değildi. Pozitif yüklü elektronlar (Pozitron) ve negatif yüklü protonlar da bu yaratılış anında oluşmuşlardı. Yani ‘Anti Madde ‘
Ancak, madde ve anti madde birbirlerini yok ederler ve enerjiye dönüşürler. Geriye madde olarak kalan küçük bir kısım bu günkü evrendeki maddeleri oluşturuyor. Bu bizim madde olarak tanımladığımız kısmın en kararlı ve en sık rastlanan parçaları Protonlar, Nötronlar ve Elektronlardır. Enerjiden madde oluşması ancak bu yaratılış anının ilk anlarında mümkündü belki de. Evren genişleyip soğumaya devam ederken protonlar elektronlarla buluşarak atomlar oluştu. Yani bir bakıma madde olarak ilk önce Hidrojen vardı diyebiliriz.
Evren genişledikçe ve soğudukça değişen fiziksel koşullar altında oluşacak yıldızların merkezinde termonükleer 3 reaksiyonlar altında periyodik sistemin Demire kadar olan kısmının oluşması büyük patlamadan sonra 300 milyon yıl daha bekleyecekti daha.
Pozitif yüklü protonlar elektrostatik güçlerle birbirlerini iterler. Buna ‘Coulomb Bariyeri‘ denir. Çekirdeklerin birbirine yaklaşması ve çekirdek çekim güçlerinin devreye girerek çekirdeklerin bir arada kalabilmesinin sağlanabilmesi için görece daha uzak mesafelere etki yapan bu elektrostatik güçlerin aşılması gerekir. Bu da ancak çok yüksek sıcaklık ve basınç altında, yıldızların merkezinde termonükleer tepkimelerle mümkündür.
Demirden sonrasının oluşması daha farklı mekanizmalarla Nova ve Süper Nova patlamaları ile oluşacaktı. Patlama sırasında oluşan çok yüksek enerjili nötron bombardımanı altında periyodik sistemin Demirden sonraki üyeleri oluşmuştur.
Bu yıldızların artıkları ikinci ve daha sonra üçüncü kuşak yıldızları oluşturacaktı. Güneşimiz üçüncü kuşak yıldızlardandır örneğin. Yani evren yaşlandıkça ağır elementlerin oranı artacaktı. Başka bir deyişle, Hidrojen ve helyumdan sonraki elementlerin oranı evrenin yaşını da gösteriyor diyebiliriz.
Evrenin hangi bölgesine baktığınıza g öre değişmekle birlikte, evrendeki her bin atomun 900 kadarı hidrojenden ve 99'u Helyumdan oluşur. Yani sadece yaklaşık her bin atomdan biri hidrojen ya da Helyum değildir ve Big Bang sırasında değil, daha sonra yıldızlarda ya da Novalarda oluşmuşlardır.
Sadece bizi çevreleyen maddeler değil, bizzat bizi, bedenimizi oluşturan maddelerin de bir zamanlar bir yıldızın merkezinde oluştuğunu bilmek, bana her zaman ilginç gelmiştir. Hepimiz bu evrenin çocuklarıyız ve bu bağlamda yıldızlardan geldik.
Bütün bilimsel birikimimiz ve zihinsel çabalarımız, bizi şimdilik 13,7 milyar yıl öncesine, Big Bang olarak bilinen büyük patlamaya kadar götürüyor. Steven Weinberg “ İlk Üç Dakika “ adlı kitabında, evrenin bu ilk üç dakikasını çok güzel anlatır.
Kuarklar, Gluonlar ve Leptonlar, tüm atom altı parçacıklar, bu büyük patlamanın ilk saniyesi içinde oluşmuş. Bu, o ana özgü, bizim için tasavvur edilmesi bile olanaksız yüksek ısı, basınç ve yoğunluk altında tüm elementlerin bu ilk bir kaç dakika içinde oluşmuş olduğu varsayıldı ilkin1.
Ancak daha sonra gösterildi ki, sadece hidrojen ve izotopları, Helyum ve izotopları ile çok az (iz miktarda) miktarda Lityum2, Berilyum ve Bor oluşabilmişti bu koşullarda ancak.
Oluşanlar sadece protonlar ve elektronlar değildi. Pozitif yüklü elektronlar (Pozitron) ve negatif yüklü protonlar da bu yaratılış anında oluşmuşlardı. Yani ‘Anti Madde ‘
Ancak, madde ve anti madde birbirlerini yok ederler ve enerjiye dönüşürler. Geriye madde olarak kalan küçük bir kısım bu günkü evrendeki maddeleri oluşturuyor. Bu bizim madde olarak tanımladığımız kısmın en kararlı ve en sık rastlanan parçaları Protonlar, Nötronlar ve Elektronlardır. Enerjiden madde oluşması ancak bu yaratılış anının ilk anlarında mümkündü belki de. Evren genişleyip soğumaya devam ederken protonlar elektronlarla buluşarak atomlar oluştu. Yani bir bakıma madde olarak ilk önce Hidrojen vardı diyebiliriz.
Evren genişledikçe ve soğudukça değişen fiziksel koşullar altında oluşacak yıldızların merkezinde termonükleer 3 reaksiyonlar altında periyodik sistemin Demire kadar olan kısmının oluşması büyük patlamadan sonra 300 milyon yıl daha bekleyecekti daha.
Pozitif yüklü protonlar elektrostatik güçlerle birbirlerini iterler. Buna ‘Coulomb Bariyeri‘ denir. Çekirdeklerin birbirine yaklaşması ve çekirdek çekim güçlerinin devreye girerek çekirdeklerin bir arada kalabilmesinin sağlanabilmesi için görece daha uzak mesafelere etki yapan bu elektrostatik güçlerin aşılması gerekir. Bu da ancak çok yüksek sıcaklık ve basınç altında, yıldızların merkezinde termonükleer tepkimelerle mümkündür.
Demirden sonrasının oluşması daha farklı mekanizmalarla Nova ve Süper Nova patlamaları ile oluşacaktı. Patlama sırasında oluşan çok yüksek enerjili nötron bombardımanı altında periyodik sistemin Demirden sonraki üyeleri oluşmuştur.
Bu yıldızların artıkları ikinci ve daha sonra üçüncü kuşak yıldızları oluşturacaktı. Güneşimiz üçüncü kuşak yıldızlardandır örneğin. Yani evren yaşlandıkça ağır elementlerin oranı artacaktı. Başka bir deyişle, Hidrojen ve helyumdan sonraki elementlerin oranı evrenin yaşını da gösteriyor diyebiliriz.
Evrenin hangi bölgesine baktığınıza g öre değişmekle birlikte, evrendeki her bin atomun 900 kadarı hidrojenden ve 99'u Helyumdan oluşur. Yani sadece yaklaşık her bin atomdan biri hidrojen ya da Helyum değildir ve Big Bang sırasında değil, daha sonra yıldızlarda ya da Novalarda oluşmuşlardır.
Sadece bizi çevreleyen maddeler değil, bizzat bizi, bedenimizi oluşturan maddelerin de bir zamanlar bir yıldızın merkezinde oluştuğunu bilmek, bana her zaman ilginç gelmiştir. Hepimiz bu evrenin çocuklarıyız ve bu bağlamda yıldızlardan geldik.
Makaleye girmeyenler:
(Makaleyle ilgili olarak bir kısım bilgiler buraya alınmıştır. Dipnotlar yorucu olabilirler ama makalenin akışını bozmadan daha teknik sayılabilecek bilgileri ve ayrıntıları ayrıca makalenin altına koymayı uygun gördüm)
1 - Patlamanın başlangıcında 1032 derece Kelvin ısı ve inanılmaz bir basınç ve yoğunluk vardı. Henüz atomlar oluşmamıştı. 10-32 saniye sonra ısı 1028 derece Kelvine düştü ve ilk Kuarklar, Gluonlar ve Leptonlar oluştu. 10-7 saniye sonra evren biraz daha soğuyarak Kuarklar nötronlara ve protonlara kondense (Maddenin gaz halinden sıvı hale hal değiştirmesi) olmuştu.
2 - Alpher - Bethe - Gamow -Teori si αβɣ Teorisi) 1949 de Ralph Alpher ve George Gamow tarafından ortaya atıldı. Gamow, Öğrencisi Alpher in adını ve bu araştırmayla hiç ilgisi olmayan meslektaşı Hans Bethe nin adını sırf alfa, beta, gama üçlemesinin oluşabilmesi için espri olsun diye araştırmaya eklemişti. Bu teori kimyasal elementlerin Big Bang’ le birlikte oluştuğunu anlatır ve Primordial Nükleosentez olarak bilinir.
Teori elementlerin kızgın bir nötron ve proton gazından oluştuğunu söyler. Evren genişlerken soğur, yoğunluğu azalır ve bu nötron ve protonlar atom çekirdekleri oluşturacak şekilde bir araya gelirler. Bu teori günümüzdeki primordial Nükleosentez teorisi olarak anılır. Alpher ve Gamow tüm elementlerin oluşumunu Big Bang’ e dayandırırlarken, artık olsa olsa sadece hidrojen’ in izotopları olan Döteryum ve Trisyum ile Helyum, Lityum ve Berilyum un bu şekilde evrenin büyük patlamadan hemen sonraki halinde oluşmuş olabileceklerini biliyoruz.
Hidrojen ve helyum izotoplarının göreceli sıklığı bu teoriyle oldukça doğru tahmin edilmekle beraber, daha ağır elementlerin hepsinin yıldızlarda ve süpernovalarda oluşmuş olduğunu biliyoruz artık.
Nükleosentez (Latince nucleus: Çekirdek, Atom çekirdeği ve Grekçe. Synthesis: bir araya getirmek, birbirine eklemek, bireşim) - ya da nükleogenez (Genesis: doğuş, yaratılış, köken, kaynak, oluşum) ve Element oluşumu olarak ta bilinir) Kozmokimya’ nın evrende elementlerin oluşumunu açıkladığı süreçlerden biridir.
2 - Hesaplanandan biraz daha az Lityuma rastlanması hala açıklanmaya muhtaçtır ve ‘Lityum Problemi‘ olarak bilinir.
4 - Yeni atom çekirdekleri çekirdek tepkimeleriyle, var olan atom çekirdeklerinden oluşur. Bunun için en önemli süreçler yıldızların merkezindeki termonükleer reaksiyonlardır (Füzyon reaksiyonları) ( Thermo : ısıl, Nükleer: Çekirdeksel, Füzyon: Kaynaşma)
Bu şekilde hidrojen ve helyum gazından başlayarak evrendeki tüm elementler oluşur. Böylece oluşan elementlerin uzaydaki dağılımı ve bunların kimyasal evrimi artık kozmofiziğin alanından çıkar ve Kozmokimya nın alanına girer.
Hiç yorum yok:
Yorum Gönder