Fizik / Astrofizik Tüm Yazılar

Yıldız Astrofiziği 2: Tayf

Trilyonlarca kilometre öteden bilgi almak… Gidip inceleme imkanınız yok. Laboratuvarınızda bir yıldız da oluşturamıyorsunuz. Onlardan gelen yegane şey ise ışık. Dolayısıyla onlar hakkında bilgi sahibi olmak için onlardan gelen bilgiyi taşıyan ışıklarını inceliyoruz.

Gökyüzüne baktığımızda her ne kadar bir yıldızı tek bir renkte görsek de onlar her renkten(dalgaboyundan) ışık yayarlar. Bir önceki yazımızda bahsettiğimiz Wien Yasası’ndan ötürü, yani bir nevi sıcaklıklarından ötürü, bir dalgaboyunda yayınladıkları enerji diğerlerine oranla daha fazladır. Bu da onları belirli bir renkte görmemize sebep oluyor, fakat gelen ışığı detaylıca incelediğimizde farklı dalgaboylarında farklı şeylerle karşılaşıyoruz.

İşte sık sık bahsini geçirdiğimiz tayf kelimesi, yıldızdan aldığımız ışığı dalgaboylarına ayrıştırarak oluşturduğumuz elektromanyetik dalga spektrumunu ifade eder. Daha Türkçe bir ifadeyle; ışığın tüm dalgaboylarını üzerinde ayrı ayrı gördüğümüz bir cetvel gibidir. Farklı enerjiye sahip fotonlar farklı dalgaboylarında kendilerini gösterdiğinden; yıldızlardan bize ulaşan ışık da her dalgaboyundan ışığı barındırdığından, onu tayfına ayırmak her bir dalgaboyunu ayrı ayrı incelemek için önemli bir uygulamadır. Böylelikle hangi dalgaboyundaki ışığın neler yaşayıp da bize ulaştığını görebilme şansını elde ederiz. Buradan da yola çıkarak yıldız hakkında bilgi ediniriz.

Tayf aslında bir nevi gelişmiş bir gökkuşağıdır. Gökkuşağı, tayfın sadece görebildiğimiz dalgaboyu aralığını bize yansıtır. Fakat yıldızdan gelen tayf görünür bölgede olduğu kadar diğer tüm bölgeleri de içerir. Hatta basit bir yaklaşımla şunu diyebiliriz: Tüm tayf üzerinde görünür bölgenin kapladığı alan, bir okyanusta bir bardak suyun kapladığı alanla hemen hemen aynıdır.

Dolayısıyla tüm tayfı incelemek çok önemlidir. Biz bu tayfı inceliyoruz, çünkü içerisinde yıldıza dair bilgileri taşıyor. Aslında tayf kelimesi bize ne kadar uzak olsa da, ışığın diğer dalgaboylarla da günümüz içerisinde sık sık karşılaşıyoruz. Mikrodalga fırınlar, radyo dalgaları, röntgen(X) ışınları, televizyon kumandasındaki kızılötesi LED’ler, gökkuşakları… Bunların hepsi bize tayfın belirli bir bölümünü veriyor. Bu saydıklarımızdan bir tanesi ise tayfın nasıl bir şey olduğunu anlamamız konusunda bize oldukça yardımcı oluyor: Gökkuşakları…

Gökkuşakları ve Tayf

Işığın kırınımı sonucu gördüğümüz gökyüzünün bu nadir ve harika doğa olayı esasında basit bir tayftır. Çocukluğumuzdan beri 7 rengi üzerinde görmeye çalışırız. Hatta çoğunlukla zar zor görünen bu renkleri ayırt etmek bazen oldukça zordur. Bazen de renklerin sıralaması kafamızı karıştırır. Fakat bu sıralama doğanın gerçek sıralamasıdır. Hatta sıklıkla bahsettiğimiz moröte ve kızılöte gibi kavramlar da bu güzel doğa olayının içinde saklıdır.

Rainbow_02

Bahsini ettiğimiz 7 renk esasında bizim gözümüzün algılama aralığıdır, yani gökkuşağında daha fazlası varsa da biz bunu göremeyiz. Peki gerçekten de gördüğümüzden fazlası var mıdır? Çoğunlukla bunu sorgulamayız fakat cevap ilgi çekicidir. Gökkuşağının devamında göremediğimiz dalgaboylarında da ışık bulunur. Yani moröte(UV) ve kızılöte(IR) ışıma da gökkuşağında yer alır. Sadece onları görebilmek için uygun bir aygıta ihtiyacımız var.
183

Ultraviyole (moröte) gökkuşağının mor kısmının ötesinde, infrared (kızılöte) de kırmızının ötesinde görünüyor.

Kızılöte aralığına aynı zamanda kameralarımız da duyarlıdır. Bunu cep telefonunuzun veya bilgisayar kameranızın önüne bir kumanda tutup herhangi bir tuşuna basarak test edebilirsiniz. Çıplak gözle göremediğiniz LED ışığın kameradan göründüğünü fark edeceksiniz. Bu sayede sıradan ekipmanlar kullanarak bir gece görüş kamerası yapmak dahi mümkündür. İşte gece görüş kamerası böyle çalışır. Ortada ışık vardır, fakat biz onu algılayamayız. Aşağıda bununla ilgili örnek videoyu inceleyebilirsiniz.

Newton ve Tayf

Newton beyaz ışığı bir prizmadan geçirdiğinde gökkuşağı gibi renklerine ayrıştığını gördü. Tüm dalgaboylarını taşıyan beyaz ışık, farklı bir ortamdan geçerken her dalgaboyu farklı açılarda kırılır. Bu sayede prizmanın içinden geçerken birbirlerinden ayrışmış olurlar. Biz bugün yıldızlar üzerinde yaptığımız gözlemlerde bir prizma yerine, daha gelişmiş aygıtlar olan tayfçekerleri kullanıyoruz. Gündelik hayatta bu gibi kırınımları CD ve DVD’ler üzerindeki gözle görünmeyen ince delikler sayesinde de görebiliyoruz.

prism

 

Tayf (Elektromanyetik Dalga Spektrumu)

Elektromanyetik dalgaları dalgaboyu veya onunla doğrudan ilişkili olan frekans ile ifade ederiz. Dalgaboyu ve frekans arasında ışık hızının sabitliğine bağlı bir ilişki vardır. Frekans(f)(saniyede geçen dalga sayısı), ışık hızı(c) / dalgaboyudur(λ). (f=c/λ)

Aşağıda da görüldüğü üzere, bizim gözümüzün algılama aralığı olan görünür bölge tayfta oldukça ufak bir alana denk düşer. Mavi-mordan kırmızıya doğru uzanır. Şekilde soldan sağa dalgaboyu artarken, frekans azalmaktadır. Yani mavi ışığın frekansı, dolayısıyla enerjisi kırmızıdan daha fazladır.

tayf
Biz yıldızları incelerken onların tayflarından faydalanıyoruz. Fakat bu tayf sıradan bir gökkuşağı gibi renklerine ayrışmış olan bir tayf değildir. Yıldızın yapısına dair bazı parmak izlerini taşıyan, çeşitli çizgilere sahip bir tayftır.

Yıldızdan gelen ışık, yıldızın atmosferindeki gazdan geçerken etkileşime girer. Dolayısıyla yıldızın tayfını incelediğimizde atmosferi ile etkileşime geçen bu ışığın tayfında atmosferin karakteristik özelliklerini gözlemleriz. Yani gelen ışık orada bulunan her bir atomun veya molekülün kendi parmak izini barındırır. Bu durum, tayfta çizgiler olarak ortaya çıkar ve her birinin kendine özgü çizgisi vardır. Biz bu çizgilere soğurma ve salma çizgileri diyoruz.

Her iyonun kendisine özgü çizgileri olduğundan laboratuvarda yaptığımız deneyler sonucunda gözlediklerimizi yıldızdan aldığımızla kıyaslayarak yıldızın atmosferi hakkında bilgi edinmemiz mümkün oluyor.

h

Hidrojenin soğurma çizgileri, tayf üzerinde

sun_spectrumGüneş’in tayfı

Aldığımız bu tayf bize yıldızın atmosferi hakkında bilgi verirken iç yapısını direkt olarak göstermez. Çünkü yıldızdan bize ulaşan ışık genellikle birkaç yüz kilometrelik bir dış katmanından gelir. Daha içeriden gelmeye çalışanlar üst katmanlarda soğurulur ve tekrar salınır. Bir kez soğurulduktan sonra artık o bilgi kaybolmuştur. Bu sebeple iç katmanlardan bize bir bilgi ulaşması pek mümkün değildir.

Fakat biz yaptığımız teorik hesaplamalar ve gözlemler sonucunda bir yıldızın iç yapısı hakkında bilgi sahibi olabiliyoruz. Yıldızın içerisinde nükleer tepkimeler sonucunda açığa çıkan, maddenin içerisinden neredeyse hiç etkileşmeden geçen nötrinolar, bize içeriden bu bilgiyi taşıyabiliyor. Yaptığımız teorik hesaplamalar ile nötrino gözlemleri uyuştuğu için, bugün yıldız evrimi bilgisiyle bir yıldızın içerisinde neler olduğunu anlamamız da böylelikle mümkün oluyor.

Yazı dizimizin üçüncü bölümünü okumak için buraya bakabilirsiniz.

Ögetay Kayalı

Hep daha fazla okumak gerekir...

Yazar Hakkında

Ögetay Kayalı

Ege Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri öğrencisi. Çoğunlukla yıldız astrofiziği ile fizik ve matematiğin gündelik yaşantıdaki rolü üzerine yazıyor. Alanı dışında amatör olarak fotoğrafçılık, resim, programlama, mekanik, elektronik ve biyokimya ile ilgileniyor. Kozmik Anafor’dan ayrılmış, şu an www.rasyonalist.org sitesinde yazarlık yapmaktadır.