Jüpiter neden yıldız değildir?

Samanyolu galaksisindeki bilinen en küçük ana dizi yıldızı, 600 ışık yılı uzaklıkta bir kırmızı cüce olan EBLM J0555-57Ab’dir. Ortalama 59.000 kilometrelik yarıçapı ile Satürn’den sadece biraz daha büyüktür. Bu, onu çekirdeğinde hidrojen füzyonunu destekleyen bilinen en küçük yıldız yapar; bu süreç, yıldızların yakıtı bitene kadar yanmasını sağlar.

Güneş Sistemimizde bu ufacık yıldızdan daha büyük iki cisim vardır. Biri kesinlikle Güneş. Diğeri ise ortalama 69.911 kilometre yarıçaplı ile Jüpiter’dir.

Peki Jüpiter neden bir gezegen de yıldız değil?

Kısa cevap şu şekilde: Jüpiter, hidrojeni helyuma dönüştürmek için yeterli kütleye sahip değil. EBLM J0555-57Ab, Jüpiter’in kütlesinin yaklaşık 85 katıdır. Fakat Güneş Sistemimiz şimdikinden farklı olsaydı, Jüpiter bir yıldıza dönüşebilir miydi?

Jüpiter’in kütlesi, diğer tüm gezegenlerin toplam kütlesinin 2,5 katıdır. Sadece bir gaz devi olarak, gerçekten düşük yoğunluğa sahiptir: santimetre küp başına yaklaşık 1,33 gram. Santimetre küp başına 5,51 gram olan Dünya’nın yoğunluğu, Jüpiter’inkinden dört kat daha fazladır.

Ancak Jüpiter ve Güneş arasındaki benzerlikleri not etmek ilginç. Güneş’in yoğunluğu santimetreküp başına 1.41 gramdır. Ve iki nesne bileşimsel olarak çok benzer. Kütle olarak, Güneş yaklaşık yüzde 71 hidrojen ve yüzde 27 helyumdur ve geri kalanı eser miktarda diğer elementlerden oluşur. Jüpiter kütlece yaklaşık yüzde 73 hidrojen ve yüzde 24 helyumdur.

Bu nedenle Jüpiter’e bazen başarısız bir yıldız denir.

Ancak Güneş Sistemi’nin kendi haline bırakıldığında Jüpiter’in bir yıldız olmaya yakın olması pek olası değil.

Yıldızlar ve gezegenler, çok farklı iki mekanizma yoluyla doğarlar. Yıldızlar, yıldızlararası bir moleküler buluttaki yoğun bir malzeme düğümü kendi yerçekimi altında çöktüğünde doğar. Bulut çöküşü adı verilen bir süreçte dönerken, döndükçe, etrafındaki buluttan bir yıldız toplanma diskine daha fazla malzeme biriktirir.

Kütle ve dolayısıyla yerçekimi büyüdükçe, bebek yıldızın çekirdeği giderek daha fazla sıkışır ve bu da giderek daha fazla ısınmasına neden olur. Sonunda, o kadar sıkıştırılır ve ısınır ki, çekirdek tutuşur ve termonükleer füzyon başlar.

Yıldız oluşumu anlayışımıza göre, yıldız yığma malzemesini bitirdiğinde, geriye bir sürü yığılma diski kalır. Gezegenlerin yapıldığı şey budur.

Gökbilimciler, Jüpiter gibi gaz devleri için bu sürecin (çakıltaşı birikmesi olarak adlandırılır) diskteki küçük buzlu kaya ve toz parçalarıyla başladığını düşünüyor. Bebek yıldızın yörüngesinde dönerken, bu malzeme parçaları statik elektrikle birbirine yapışarak çarpışmaya başlar. Sonunda, bu büyüyen kümeler, çevredeki diskten yer çekimsel olarak daha fazla gaz çekebilecekleri kadar büyük bir boyuta, yaklaşık 10 Dünya kütlesine ulaşırlar.

Bu noktadan sonra, Jüpiter yavaş yavaş şu anki kütlesine ulaştı. Dünya’nın kütlesinin yaklaşık 318 katı ve Güneş’in kütlesinin 0.001 katı kadardır. Hidrojen füzyonu için gerekli kütleden oldukça uzakta olan tüm materyali bir kez bulamaç haline getirdikten sonra büyümesi durdu.

Bu nedenle Jüpiter, yıldız olacak kadar büyük olmaya hiçbir zaman yaklaşmadı. Jüpiter’in Güneş’e benzer bir bileşimi vardır. Bunun nedeni ‘başarısız bir yıldız’ olması değil, Güneş’i doğuran aynı moleküler gaz bulutundan doğduğu içindir.

‘Başarısız yıldızlar’ olarak kabul edilebilecek farklı bir nesne sınıfı vardır. Bunlar kahverengi cüceler ve gaz devleri ile yıldızlar arasındaki boşluğu dolduruyorlar.

Jüpiter’in kütlesinin yaklaşık 13 katından fazla olan bu nesneler, normal hidrojenden değil, döteryumdan çekirdek füzyonunu destekleyecek kadar büyüktür. Bu aynı zamanda ‘ağır’ hidrojen olarak da bilinir; çekirdeğinde tek bir proton yerine bir proton ve bir nötron bulunan bir hidrojen izotopudur. Füzyon sıcaklığı ve basıncı, hidrojenin füzyon sıcaklığı ve basıncından daha düşüktür.

Daha düşük bir kütle, sıcaklık ve basınçta meydana geldiğinden, döteryum füzyonu yıldızlar için hidrojen füzyonu yolunda bir ara adımdır, çünkü onlar kütle kazanmaya devam ederler. Ancak bazı nesneler bu kütleye asla ulaşamaz; bunlar kahverengi cüceler olarak bilinir.

1995’te varlıkları doğrulandıktan sonra bir süre, kahverengi cücelerin yetersiz yıldızlar mı yoksa aşırı hırslı gezegenler mi olduğu bilinmiyordu; ancak birkaç çalışma, çekirdek birikiminden ziyade bulut çöküşünden, tıpkı yıldızlar gibi oluştuklarını göstermiştir. Ve bazı kahverengi cüceler, döteryum yanması için gereken kütlenin bile altındadır.

Bir bulut çöküşü nesnesinin en küçük kütlesinin yaklaşık bir Jüpiter kütlesi olduğu tahmin edilmiştir. Yani Jüpiter bulut çöküşünden oluşmuşsa, başarısız bir yıldız olarak kabul edilebilir. Ancak NASA’nın Juno araştırmasından elde edilen veriler, en azından bir zamanlar Jüpiter’in sağlam bir çekirdeğe sahip olduğunu gösteriyor ve bu, çekirdek toplama oluşum yöntemiyle daha tutarlı.

Modelleme, çekirdek birikimi yoluyla oluşan bir gezegen kütlesinin üst sınırının, Jüpiter’in kütlesinin 10 katından daha az olduğunu gösteriyor.

Yani Jüpiter başarısız bir yıldız değil. Ama neden olmadığını düşünmek, kozmosun nasıl çalıştığını daha iyi anlamamıza yardımcı olabilir. Buna ek olarak, Jüpiter kendi başına çizgili, fırtınalı, girdaplı bir karamela harikasıdır. Ve onsuz, biz insanlar belki de olamayabilirdik.