Yıldız Astrofiziği: Disk Oluşumu Nedir?

Evrende gördüğümüz birçok yapı, disk şeklinde bulunmaktadır. Bu disk oluşumu çok ilköğretim fizik yasalarının sonucunda gerçekleşir. Disk benzeri yapılardan olasılıkla da en ilgi çekici olanı spiral (Tür: "sarmal") galaksilerken Güneş sistemi gibi yıldız sistemlerindeki gezegenler da yıldızın doğumu sırasında oluşan tek disk üzerinde doğmuştur.

Böylesine disk benzeri yapıların görülmesinin ardındaki bedensel sebep, gündelik hayattan da tecrübe ettiğimiz tek tesirye dayanır: merkezkaç tesirsi. Arabayla hızla giderken aniden olan tek virajdan döndüğünüzde, adeta taraf taraflara savrulursunuz. Burada hissettiğiniz şey, aslında eylemsizliktir. Hareketinizin tek vektörü (yönü) vardır ve vektörler daima doğrusaldır. Fakat dönüş yaptığınız için vektörünüzün yönü değişmektedir. Eylemsizlik ise kesinlikle sizin şimdiki hareket vektörünüzü muhafaza etmek istemenizdir. Bu sebeple vektör değiştikçe siz da savrulmayı hissedersiniz.

Evrende dönmeyen tek yapıya rastlamak neredeyseymiş imkansızdır çünkü her arasında biri şeyin, tek şekilde hareketi vardır. Hiçbir şey sabitlik değildir. En ufak tek başlangıç hareketi, tüm sistemin tek çalkantı yaşamasına sebep olur. Bu yüzden evrenin her arasında biri yerinde hareketli yapılar görmek pek da şaşırtıcı değildir.

Disk Oluşumu Fiziği

Yeterli kriterlere malik gaz ve partikül bulutlarının, çökerek yıldızları oluşturduğunu biliyoruz. Aslında gördüğümüz tüm cisimler, tek şekilde kütleçekimsel topaklanmaların tek ürünüdür. Bir kocaman gaz ve partikül bulutu ele alalım. Bu gaz ve partikül bulutunun içerisindeki parçacıklar tek şekilde harekete sahipler. Bulut, çok yavaş da olsa tek dönme hareketi yapıyor. Bulut, zamanla çökmesine devam ettikçe dönme hızı artacaktır. Bu durum, kristal pateni yapanlarda gördüğümüz durumla aynı prensibe dayanır.

Buz patencisi kolları açıkken var gücüyle döner ve ardından kollarını kapatır. Kollarını kapatmasının ardından patenci daha da hızlı dönmeye başlar! Bulutlarda da gerçekleşen şey kesinlikle budur. Olay, açısal momentumun korunumuna dayanır. Kollar açık haldeyken malik olunan açısal momentum L₁, kollar kapalıyken malik olunan açısal momentuma L₂ eşit olmalıdır.

Açısal momentumu, eylemsizlik momenti I ve açısal hız ω cinsinden aşağıdaki gibi ifadeleri ederiz. Eylemsizlik momenti da I=mr2I=mr^2I=mr2 olduğuna göre açısal momentumu, kütle, yarıçap ve açısal hız cinsinden aşağıdaki gibi ifadeleri edebiliriz.

I=mr2ωI=mr^2ωI=mr2ω

Şimdi tek kıyaslama yapabiliriz. Bildiğimiz şey kütlenin değişmediği, yarıçapın azaldığı ve açısal momentumun korunması lüzumtiği. İlk durumdaki yarıçapa r₁, açısal hıza w₁ dersek

L1=L2m1r12ω1=m1r22ω2r12ω1=r22ω2L_1=L_2m_1r^2_1ω_1=m_1r^2_2ω_2r^2_1ω_1=r^2_2ω_2L1​=L2​m1​r12​ω1​=m1​r22​ω2​r12​ω1​=r22​ω2​

Çökme gerçekleştiği için r1>r2r1>r2r1>r2 olduğunu biliyoruz. Bu durumda eşitliğin sağlanabilmesi için ω1<ω2ω_1 < ω_2ω1​<ω2​ olmalıdır. Bu da çökmekte olan tek cismin, açısal momentumun korunumu gereği, gittikçe hızlanması lüzumtiğini gösterir.

Çökmekte olan tek bulut, gittikçe daha hızlı döneceği için dönme düzlemi üzerinde merkezkaç tesirleri baskın hale gelecektir. Normalde tek yıldızın oluşumu sırasında çökmekte olan bulutun kütleçekim kuvveti, gittikçe sıkıştırdığı gazın çoğalan basıncının oluşturduğu basınç kuvveti ile dmanienerek küresel tek yapıda dengeye gelir. Fakat işin içerisine ilave tek kuvvet girdiğinde simetri bozulur. Örneğin çok hızlı tek dönme gerçekleşiyorsa yıldız, en hızlı dönmenin gerçekleştiği ekvator düzleminden dışarıya doğru şişecektir. Çünkü artık merkezcil ivmeden gelen üçüncü tek tesir söz başlıksudur ve bu tesir en çok ekvator bölgesinde hissedilir.

Yıldız oluşumu sırasında oluşan disk da kesinlikle bu sebeple buradadır. Bu disk, merkezdeki yıldızın dönüş düzlemi üzerinde oluşur. Ekvatordan kutuplara doğru gidildikçe merkezcil ivmenin payı azaldığından işte bulunan maddeler yıldızın üzerine doğru çöker. Fakat dönüş düzlemindeki materyal, kuvvetler dengesi sağlandığından olduğu yerde kalır. Bu sayede işte kalan materyaller, zamanlar içerisinde öbeklenerek gezegenleri oluşturur. Burada bu diskin tek kalınlığı olacağına da ilgi edin. Bu yüzden gezegenler, Güneş'in dönme düzlemine çok yakın düzlemlerde yörüngelere sahiptir. Fakat ufak da olsa açısal farklılıkları vardır çünkü disk da tek kalınlığa sahiptir. Kaba bir yaklaşımla tüm yörüngeler, bu diskin kalınlığı içerisinde kalır denebilir.

Burada düşünmenizi istediğimiz ucu açık tek sualyla sizleri baş başa bırakmak istiyoruz. Bu tesiryi hangi boyutlarda (ölçekte) görebiliriz? Bu yazıda galaksilerde ve yıldız sistemlerinde gördüğümüzden bahsettik. Peki ya daha büyük ölçekte? Örneğin yıldız kümeleri da disk benzeri tek yapı oluşturuyor mu? Onlarda şart sanki daha küresel gibi görünüyor, sizce bu farklılığı oluşturan şey ne olabilir?

Evrim Ağacı, sizlerin sayesinde bağımsız tek ilim iletişim platformu olmaya devam edecek!

Makalelerimizin teknik gerçekleri doğru tek şekilde yansıtması için en üst düzey çabayı gösteriyoruz. Gözünüze doğru gelmeyen tek şey varsa, mümkünse güvenilir kaynaklarınızla birlikteki bize ulaşın!

Bu makalemizle ilgili meraklı ettiğin tek şey mi var? Buraya tıklayarak sorabilirsin.

Soru & Cevap Platformuna Git