Yıldızlarda Enerji Üretimi

Yeryüzünde hayatı sürdüren Güneş’in yayınladığı enerjinin nasıl meydana geldiği, insanı eski çağlardan beri en çok düşündüren konulardan biri olmuştur. Pozitif bilimlerin gelişmeye başlamasından sonra, 20. yüzyılın başlarında bilim adamları, Güneş’in ve öteki yıldızların yayınlamakta oldukları çok büyük enerjilerin kökenini ve özellikle Güneş’in daha ne kadar zaman yeryüzünü ısıtmaya devam edebileceğini bilimsel yöntemlerle araştırmaya başladılar.

Güneşten uzaya saniyede yaklaşık kilowatt değerinde enerji yayınlanmaktadır. Bu enerjiden dünyaya düşen pay, yılda yaklaşık kilowatt değerindedir. Bu değer ise dünyada çeşitli kaynaklardan sağlanmakta olan yıllık enerji üretiminin on bin katı kadardır. Galaksimiz olan Samanyolu’nda ve de başka galaksilerde bulunan yıldızlardan yayınlanan enerjinin kaynağı hakkında bilgi edinmek, bize en yakın ve gözlenmesi mümkün bir yıldız olan Güneş’i incelemek ile mümkün olacaktır.

Radyoaktif mineraller üzerinde yapılan ölçmeler, yeryüzündeki kayaların yaşının yaklaşık 3 milyar yıl olduğunu, meteoritlerin yaşının da 4,5 milyar yıl kadar olduğunu gösteriyor. Bu verilere göre, güneş sisteminin yaklaşık 4,5 milyar yıl önce meydana geldiği tahmin ediliyor. Öte yandan, Güneş’in en azından 1 milyar yıldan beri saniyede kilowatt güç ile enerji yayınladığı hesaplanıyor. Güneş’in kütlesi bilindiğine göre, bu hızla enerji çıkışını kimyasal reaksiyonlarla açıklamak olanaksızdır. Çünkü bir örnek olarak, Güneş kütlesinde bir karbonun bu hızla yanması ancak bir kaç bin yıl sürebilir. Güneş’in ve öteki yıldızların yayınlamakta oldukları çok büyük enerjilerin meydana gelişi, bugün ancak, yıldız maddesini oluşturan atom çekirdekleri arasında süregelen termonükleer reaksiyonlarla açıklanabilir. Bu termonükleer reaksiyonlar sonucu bir taraftan atom numaraları gitgide artan bildiğimiz kimyasal elementlerin nükleer sentezleri yapılırken, bir taraftan da uzaya enerji yayınlanıyor.

Bir yıldız, genellikle, en hafif atom olan ve evrende en bol bulunan hidrojen atomlarından doğuyor; bir termonükleer reaktör gibi çalışıp enerji üretirken, içinde gitgide daha ağır elementler oluşturuyor. Nükleer yakıtını tüketip termonükleer evrimini tamamlayan bir yıldız eğer kütlesi Güneşinkine yakın veya daha küçükse, kendi kütle gravitasyon alanı etkisi ile büzülüp yavaş yavaş soğuyor ve uzayda, soğumuş kararlı bir cisim halinde kalıyor. Güneşten çok daha büyük kütleli yıldızlar ise, termonükleer evrimleri sırasında, belli uygun şartlarda, süpernova patlamaları yapıp uzaya dağılırken, geri kalan kısımları, gravitasyonel çökme sonucu, kütlelerin büyüklüğüne göre, ya bir nötron yıldızı ya da kara delik adı verilen bir gök cismi haline geliyor.

Yıldız enerjilerinin başlıca iki kaynağı vardır. Birincisi gravitasyon, ikincisi termonükleer reaksiyonlardır. Yıldız, kütlesi nedeni ile, evrimin her basamağında merkeze doğru yönelmiş kendi gravitasyon (kütle çekim) kuvveti etkisi altındadır. Dengede olan bir yıldızda bu kuvvet, dışa doğru olan gaz basıncı ve radyasyon basıncı ile karşılanır ve kararlı bir denge durumu oluşur. Yıldız maddesi için geniş bir sıcaklık derecesi ve yoğunluk bölgesinde, mükemmel (ideal) gazlar kanunu olan P.V=N.k.T ifadesi geçerlidir. Ancak , yüksek sıcaklık ve basınçlarda elektron yozlaşması sonucu önemli değişiklikler kendini gösterir. Merkezde süre gelen termonükleer reaksiyonlar sırasında yayınlanan dışa doğru enerji ışınım basıncı ile adyabatik gravitasyonel sıkışmalar bu kararlı denge durumunu koruyacak yöndedir. Yıldızın termonükleer yakıt maddesi yavaş yavaş tükenirken reaksiyonlar da yavaşlar. Gravitasyon sıkıştırması üstün gelerek, yıldız büzülür ve azalan gravitasyon enerjisinin bir kısmının ısı enerjisine dönüşümü sıcaklık derecesini arttırır. Yükselen sıcaklık derecesi ve yoğunluk şartlarında, atom numarası daha büyük elementler arasında yeni termonükleer reaksiyonlar başlar ve yıldızın termonükleer yakıt maddesi tükeninceye kadar, bu böyle devam eder.

Yıldızlarda Enerji Üretimi

Enerji

Yıldız

Üçlü alfa süreci

Taner Yıldız

Yıldız yapısı

Nükleer enerji santrali

Kataklizmik değişen yıldızlar

Hidrojen

Yıldızlarda Enerji Üretimi