Yıldızların Parlaklık Ölçeği

Geceleri gökyüzüne baktığımızda bazı yıldızları parlak, bazılarını sönük görürüz. Hatta birçok insan gezegenleri gökyüzünde ilk defa gördüklerinde çok şaşırırlar, onların bu kadar parlak göründüğünü bilmediklerini söylerler. Peki ama neden? Gezegenler enerji bile üretmiyor ki, sadece Güneş’ten aldıkları ışığın bir kısmını yansıtıyorlar. Neden bu kadar parlaklar? Bizce cevabı siz de biliyorsunuz: Uzaklık.

Karanlık bir odada bir mum yakın ve bir metre öteden muma bakın. Sonra bir metre daha geriye gidin ve tekrar bakın. Mumun parlaklığı bir önceki ölçümünüze göre 4 kat azaldı. Eğer muma üç metre öteden bakarsanız, mumu ilk ölçümünüze göre 9 kat daha sönük göreceksiniz. Fizikte bir değerin artmasına karşılık başka bir değerin, artan değerin karesi oranında azalmasına ters kare yasası diyoruz. Ele aldığımız parlaklık konusu da ters kare yasasına tabiidir. Başka ters kare yasasına örnek olarak yerçekimini verebiliriz.

Ters kare yasası
Ters kare yasasının gösterimi. Görsel Wikipedia’dan alınmıştır.

Yukarıdaki görselde ters kare yasasının mantığını görüyoruz. Bir ışık kaynağından her saniye sabit miktarda ışık ışını çıktığını (ya da enerji yayıldığını) düşünelim. Merkezinde bu ışık kaynağı olan ve yarıçapı r olan hayali bir kürenin birim alanına düşen enerji miktarına E diyelim. Eğer bu kürenin yarıçapını 2r yaparsak, yüzey alanı 4 katına çıkacaktır (pi2r2r). Aynı enerjiyi 4 kat daha büyük bir alana dağıtırsak, birim alana düşen enerji miktarı E/4 olacaktır.

Yıldızlarda da durum aynıdır. Aynı ışınım gücüne sahip iki yıldızdan yakın olanını çok daha parlak görürüz. Astronomide parlaklık ölçü birimi “kadir”dir ve yıldızların iki tür parlaklığı vardır. Birincisi görünür (apparent) parlaklıktır. Yıldızların Dünya üzerinden baktığımızda gördüğümüz parlaklığına denir. Bilindiği kadarıyla yıldızları görünür parlaklarına göre sınıflayan ilk kişi Yunan astronom Hipparkos’tur (M.Ö. 190 – 120).

Hipparkos, yıldızların hayal edebileceğinden çok daha büyük ve çok daha uzakta olduğunu, hatta onların birer ışık parçası değil de dev birer nükleer santral olduğunu henüz bilmiyorken; gördüğü en parlak yıldızları birinci kadir, en sönük yıldızları ise altıncı kadir olarak sınıflandırdı. Arada kalan yıldızları da parlaklıklarına göre bu ölçeğe yerleştirdi. Tüm bunları tabiki sadece çıplak gözle yaptı. Günümüzde astronomiye yeni başlayan birçok masum insanın kafasını karıştıran kadir ölçeğinde yıldızların parlaklığı arttıkça kadir değerinin düşmesinin sorumlusu bu adamdır.

Aradan yüzyıllar geçtikten sonra, teleskop icat edildi ve gökbilimciler çıplak gözle göremediğimiz daha binlerce yıldızın olduğunu fark etti. Böylece yüzyıllardır 1-6 arasında olan kadir ölçeği, 6’dan büyük değerler de almaya başladı. Aradan birkaç yüzyıl daha geçtikten sonra, yıldızların parlaklığını ölçmek için teknolojik aletler yapıldı ve bu sayede insan gözünün parlaklığı logaritmik olarak algıladığı fark edildi. Yani kadir ölçeğine göre iki yıldız arasındaki 5 kadirlik fark, aslında 100 kat fark demekti. Bu durumda bir derecelik kadir farkı yaklaşık 2.512 (100’ün 5. dereceden kökü) kat parlaklık farkı demekti.Ayrıca bir sorun daha vardı: bir yıldızın parlaklığı, başka bir yıldızla karşılaştırılarak bulunuyordu. Bu durumda ölçeğin standart hale gelmesi için bir referans yıldıza ihtiyaç vardı. Parlaklığı 0 kadir olarak belirlenecek bu referans yıldız, yaz aylarının en parlak ve en bilinen yıldızlarından Vega seçildi. Ancak Vega’nın parlaklığının sabit olmadığı keşfedildi. Şimdiki kadir sistemi herhangi bir yıldızın parlaklığına bağlı değil. Yine de Vega’nın görünür parlaklığı sıfıra çok yakın bir değere sahip. Bunların yanında gezegenler, Güneş ve Ay’ın da parlaklıkları ölçülüp kadir ölçeğine yerleştirildi.

Yıldızların gerçek ışınım gücünü ifade etmek için mutlak parlaklık kavramı kullanılır. Eğer bir yıldızı bizden 10 parsek (32.6 ışık yılı) uzaklığa koyarsak göreceğimiz parlaklığına mutlak parlaklık deriz. Mutlak parlaklık uzaklığa bağlı değildir, yıldızın kendisinin bir özelliğidir. Biz dünyadan sadece görünür parlaklığı bilebiliriz ancak yıldızların iç yapılarını anlamak için onların gerçek ışınım güçlerine ihtiyacımız vardır. Mutlak parlaklığı bulabilmek için yıldızın uzaklığını bilmemiz gerekir. Ancak bazı özel durumlarda yıldızın mutlak parlaklığını başka bağıntılardan (örneğin Cepheid değişkenleri) zaten biliyor oluruz, bu durumda görünür ve mutlak parlaklıkları kullanarak uzaklığı bulabiliriz. Bir yıldızın mutlak parlaklığı, görünür parlaklığı ve uzaklığı arasındaki ilişki şu şekildedir: M =m−5 log (d pc )+5.

M : Mutlak parlaklık

m : görünür parlaklık

d pc: yıldızın uzaklığının parsek cinsinden değeri.

Eğer iki yıldızın görünür parlaklığı arasındaki ilişkiyi bulmak istiyorsak, şu eşitliği kullanmalıyız: m1 − m2 =2.512∗log (L1/L2).

m1-m2: İki yıldızın görünür parlaklığının kadir cinsinden farkı

L1/L2: Yıldızların parlaklık oranları

Aşağıda gezegenlerin ve bazı yıldızların parlaklık ve uzaklıkları verilmiştir.

Güneş sistemi cisimlerinin görünür ve mutlak parlaklıkları, yıldızların parlaklık
Güneş Sistemi cisimlerinin görünür ve mutlak parlaklıkları. Gezegenlerin uzaklığını ve görünür parlaklıklarını anlık olarak şuradan görebilirsiniz: https://www.timeanddate.com/astronomy/planets/distance
Yıldızların parlaklık ve uzaklıkları
Yıldızların parlaklıkları ve uzaklıkları. Yıldız (*) ile işaretlenmiş yıldızlar değişken yıldızlardır. Tablodaki değerler yaklaşık değerlerdir, farklı kaynaklar ufak da olsa farklı ama birbirine yakın sayılar vermektedir.

Tablodan çıkarabileceğimiz birkaç ilginç sonuç var, örneğin şehirlerdeki ışık kirliliğinin gördüğümüz yıldız sayısını ne denli azalttığı. Şehir içinde çıplak gözle en fazla 3. kadire kadar olan yıldızları görebiliyoruz ancak şehir dışında, temiz ve ışıksız bir gökyüzünde öncekinden yaklaşık 16 kat daha sönük yıldızları dahi görebiliyoruz. Bir diğer nokta, Polaris’in yani kutup yıldızının parlaklığı. Genel kanının aksine Polaris en parlak yıldız değildir, bu ünvanın yanına bile yaklaşamaz. Dünya semalarında en parlak görünen yıldız Sirius’tur, o da bize bu kadar parlak görünmesini yakın olmasına borçludur. Son olarak dikkatinizi Güneş’in mutlak parlaklığı ile Jüpiter’in uydusu Ganymade’in görünür parlaklığına çekmek isterim. Bize hayat veren yıldızımız Güneş, aslında 4.38 mutlak parlaklığa sahip, sıradan bir yıldız. Eğer Güneş’e 10 parsek uzaklıktan baksaydık, onu Jüpiter’in uydusu Ganymade’i şu an nasıl görüyorsak öyle görürdük.

Tablodan gördüğümüz üzere Rigel 0.12 kadir, Polluks ise 1.14 kadir parlaklığa sahip. Aralarındaki farkı yaklaşık 1 kadir alabiliriz. İkinci eşitliği kullanarak, Rigel’in Polluks’tan yaklaşık 2.5 kat daha parlak olduğunu buluruz. Eğer Castor ile Sirius arasındaki kadir farkını hesaplamak istersek (1.57-(-1.46)) yaklaşık 3 kadir buluruz. Yani Sirius, Castor yıldızından 2.5*2.5-2.5 = 15.8 kat daha parlaktır!

Şimdi de ilk formülü kullanarak uzaklığını ve görünür parlaklığını bildiğimiz Sirius’un mutlak parlaklığını bulmaya çalışalım: M = -1.46 – 5log(2.636 parsek) + 5 = 1.43. Bulduğumuz değer tablodaki değerle örtüşüyor!

Tabloya eklemedik ancak, insanlığın yapıp yörüngeye gönderdiği yapay uydular da görünür parlaklığa sahipler. Bunların parlaklıklarını, nerede ve ne zaman görüneceklerini çeşitli telefon uygulamalarından veya https://www.heavens-above.com/ sitesinden bulabilirsiniz.

Böylelikle astronomiye girişte en temel konulardan birini ele almış bulunuyoruz. Evde kalarak hayat kurtardığımız şu günlerde, kendimiz için de kafamızı yukarı kaldırmayı unutmalım!

Yukarıya bakmayı hatırlamak ve yeni yazılarımızdan haberdar olmak istiyorsanız instagramda https://www.instagram.com/gokorion/ hesabını ya da twitterdaki twitter.com/GokOrionn hesabını takip edebilirsiniz.

Bilimle kalın!

Ayşegül Şen

Kaynaklar

Diğer kaynaklar:

  1. https://www.space.com/21640-star-luminosity-and-magnitude.html
  2. https://www.atnf.csiro.au/outreach/education/senior/astrophysics/photometry_magnitude.html
  3. https://earthsky.org/astronomy-essentials/what-is-stellar-magnitude

Bir cevap yazın

E-posta hesabınız yayımlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir