Oğuz Pancar

Bedenimizin yaklaşık %90’ı yıldızlarda yaratılmış elementlerden oluşuyor ve en genci 5 milyar yaşında.

Kaç yaşındasınız, 35, 50, 72? Peki organlarınızı oluşturan dokular kaç yaşında? Yenilenen hücrelerden oluşan dokulardansa, yenilenme çevrimine bağlı olarak sizden çok daha genç olmalı. Peki hücrelerinizi oluşturan moleküller kaç yaşında? Kimileri birkaç dakika önce bile oluşmuş olabilir. Peki moleküllerinizi oluşturan atomlar kaç yaşında? İşte bunun yanıtı ilginç, bedeninizdeki en genç atom yaklaşık 5 milyar yaşında, kimi atomlarınızsa evrenle yaşıt, tam 13.8 milyar yaşında!

20. yüzyılın ilk yarısında evrenin sabit olmadığı ve genişlediği anlaşıldığında doğal olarak akla filmi yüksek hızda geri oynatmak geldi, ta ki tüm evren küçülüp tek bir noktaya sıkıştırılana kadar. İşte bu noktanın patlayarak bildiğimiz evreni oluşturmasına (bildiğimiz anlamda patlama değil, ışık hızının bile çok ötesinde bir hızla genişleme) Büyük Patlama adı veriliyor.

İlk 3 Saniye

Büyük Patlama’nın ilk birkaç saniyesinde bildiğimiz hiçbir parçacık yoktur, yalnızca çok yüksek enerjili bir plazma kaplar tüm evreni. Evren genişledikçe soğur (bildiğimiz anlamda soğuma değil, hacim genişlemesinden dolayı birim hacme düşen enerji miktarının düşmesi); başlangıçta eşit sayıda olan madde-anti madde dengesi bozulur ve çok az bir farkla madde üstün gelir. Elektrozayıf simetri kırılır ve evren kütle kazanır (Higgs bozonu). 10^-12 ve 10^-6 saniye arasında quarklar, nötrinolar ve elektronlar ortaya çıkar, hemen ardından da proton ve nötronlar.

Tüm bunlar evren henüz 3 saniye yaşındayken olup bitmiştir. Evrenin yaklaşık 10 milyar °C sıcaklıkta olduğu bu aşamada protonlar serbest elektronlarla bağlanarak ilk hidrojen atomlarını oluşturmaya başlar. Evren 20 dakika yaşına geldiğinde, yalnızca hidrojen, daha az oranda helyum ve eser miktarda lityum atomları bulunmaktadır evrende. İnsan bedenin -kütlesel olarak- yaklaşık %10’unu oluşturan hidrojen atomlarının önemli bir kısmı işte evrenin bu ilk 20 dakikası içinde oluşan atomlardır.

[Bedenimizde -kütlesel olarak- en çok bulunan element oksijendir, bedenimizin yaklaşık %65’i bu elementten oluşur. Onu %18’le karbon, %10’la hidrojen ve %3’le azot izler; kütlemizin geri kalanı da kalsiyum, fosfor, potasyum, sülfür, sodyum, klorine, magnezyum ve eser miktarda diğer elementlerden oluşmuştur.]

İnsan Bedeni Element Dağılımı

20. dakikadan sonra atom çekirdekleri oluşmuş olsa da evrendeki yüksek ısı ve ışınım nedeniyle elektronların çekirdek yörüngesinde kalması kolay değildir. Proton ve elektron sayıları eşit nötr atomlar oluşsa da yüksek ışınım elektronları yörüngeden koparır ve atomlar yeniden iyonize hale gelir. Bu döngü evren yaklaşık 380 bin yaşına ulaşıncaya dek sürer. Bu döneme gelindiğinde evren genişleyerek soğumuş, sonunda nötr hidrojen ve helyum atomları oluşmaya başlamıştır.

Ancak evrende yalnızca atom atom (proton) sayıları 1,2,3,4 olan hidrojen, helyum, lityum ve berilyum vardır ve evrenin sıcaklığı atom numarası daha yüksek bor, karbon, azot, oksijen gibi elementlerin oluşmasına fırsat tanımayacak kadar düşüktür. Peki bu elementler nasıl oluşmuştur?

Yıldız “Fırınları”

Bunun için yaklaşık 100 milyon yıl beklemek gerekecektir. Evrenin aşırı yoğun hidrojen ve helyum bulutları çökelerek yıldızları oluşmuş, bu yıldızların çekirdeğinde kütlesel çekimin yarattığı devasa basınç sayesinde oluşan yüksek ısılar füzyon tepkimelerine yol açmıştır. Füzyon tepkimeleriyle hidrojen helyuma dönüşerek “yanmış”, sonra helyum lityuma, lityum berilyuma dönüşmüştür.

[Bu ilk yıldızlar hidrojen ve helyumdan oluşmuş olmalıdır; ancak Hubble ya da Webb gibi teleskoplarla evrende “geçmişe” baktığımızda bu türden yıldızlar göremiyoruz. Bunun nedeni büyük olasılıkla bu yıldızların devasa büyüklüklerde olmasıdır. Biliyoruz ki, yıldızların kütleleri büyüdükçe yakıtlarını tüketip ölme süreleri de kısalır. Eğer ilk yıldızların kütleleri Güneş’ten daha az olsaydı bugün hala “yaşıyor” olacaklardı; devasa yıldızlar genellikle birkaç milyon yılda tüm yakıtını tüketir.]

Evren 100 milyon yıl yaşındayken ortaya çıkan yıldızlar, bugün “Periyodik Tablo” olarak adlandırdığımız listede yer alan elementlerin ilk birkaç tanesi dışındakilerin yaratıldığı “fırınlardır”. Tahmin edebileceğiniz gibi, yıldızın kütlesi ne kadar fazlaysa çekirdeğinde sıcaklık o denli artacak ve atom numarası daha yüksek, daha ağır elementler ortaya çıkacaktır.

Yıldızları kütlelerine göre ayırırsak:

• Kütlesi Güneş’in 8 katına kadar olan düşük kütleli yıldızlarda temel olarak hidrojen helyuma dönüştürülür. Hidrojen tükenince başlayan “kızıl dev” aşamasındaki tepkimelerde helyum karbon ve oksijene dönüştürülür.
• Kütlesi Güneş’in 8 ile 25 katına kadar olan orta kütleli yıldızlarda yine hidrojen helyuma dönüşür ancak kızıl dev aşamasında bu kez oksijen, neon ve magnezyum oluşur. Bunlar sonunda süpernova patlamasıyla ömürlerini tamamlarken altın, gümüş ve uranyum gibi ağır metalleri üretebilir.
• Kütlesi Güneş’in 25 katından dev yıldızların kızıl dev evresinde karbon, neon, oksijen, silikon ve demir üretilir. Süpernova patlamasında altın, platin ve daha ağır elementler ortaya çıkar.

Süpernova patlamaları dışında yüksek kütleli yıldızlardaki “yıldız rüzgarı⁽¹⁾” ya da yüzey patlamaları da bu yıldızlardaki kimi elementleri uzaya taşır. Bunlar dışında yıldızların, özellikle nötron yıldızlarının çarpışmaları da ağır metal elementlerin bir kaynağıdır. İki nötron yıldızının çarpışması, kütlelerine bağlı olarak en ağır elementlerin ortaya çıkmasına yol açar.

Yıldızlarda oluşan ve uzaya dağılan bu elementler daha sonra doğan tüm yıldız ve gezegenlerin hammaddesidir. Bugün yeryüzünde 90 küsur farklı element doğal halde bulunuyor⁽²⁾. Hidrojen ve helyum dışındakilerin hepsi bir yıldızın çekirdeğinde oluşmuş ve sonra da uzayın boşluğuna saçılmış. 4.6 milyar yıl önce oluşan Güneş ve ondan doğan Dünya da ölen yıldızlardan saçılan bu elementlerden meydana geldiğine göre, doğal olarak gezegenimizdeki her atom 4.6 milyar yıldan daha yaşlı; kimisi 8 milyar yıl önce patlamış bir süpernovadan, kimi 6 milyar yıl önce çarpışmış iki nötron yıldızından saçılarak Dünya’nın harcına katılmış.

Başlıktaki soruya yanıt verecek olursak, evet bedenimizin yaklaşık %90’ı yıldızlarda yaratılmış elementlerden oluşuyor ve en genci 5 milyar yaşında!

1. Yıldızın çekim gücünden kaçabilen yüksek enerjili elektron ve protonlardan oluşan “rüzgar”.
2. Periyodik tablodaki toplam element sayısı 118’dir. Bunlardan 90-92’si doğada var olmakla birlikte kalanları ancak radyoaktif maddelerin bozunumlarında görülür ya da araştırma merkezlerinde yapılan nükleer tepkime deneylerinde ortaya çıkar.