İnsanın Yapıtaşı olan Elementlerin oluşumu

İnsanın vücudundaki karbon, oksijen, azot, kalsiyum, fosfor, demir gibi elementlerin önemli bir kısmı yıldızların içinde veya yıldızların ölümü sırasında gerçekleşen nükleer süreçlerde üretilmiştir. Bu yüzden “yıldız tozundan yapılmışız” sözü bilimsel olarak büyük ölçüde doğrudur.

1. Başlangıçta hangi elementler vardı?

Büyük Patlama'dan sonraki ilk birkaç dakika içinde evrende esas olarak hidrojen ve helyum, ayrıca çok az miktarda lityum oluştu. Fakat insan vücudu için gerekli karbon, oksijen, kalsiyum, demir gibi ağır elementlerin çoğu henüz mevcut değildi.

İlk yıldızlar, büyük ölçüde hidrojen ve helyumdan oluşan gaz bulutlarının kütleçekimi altında çökmesiyle meydana geldi.

2. Yıldız aslında dev bir nükleer fırındır

Bir yıldızın merkezinde kütleçekimi maddeyi olağanüstü biçimde sıkıştırır. Merkez sıcaklığı milyonlarca dereceye ulaşınca nükleer füzyon başlar.

En temel süreç kabaca:

Hidrojen → Helyum + enerji

Güneşimizde de şu anda esas olarak bu gerçekleşiyor. Dört hidrojen çekirdeğinden başlayan süreçlerin sonunda bir helyum çekirdeği meydana geliyor ve kütlenin küçük bir kısmı Einstein'ın

E = mc²

bağıntısına uygun şekilde enerjiye dönüşüyor.

3. Karbon nasıl meydana geliyor?

Yıldız yaşlandığında merkezindeki hidrojen azalır. Yeterince büyük sıcaklık ve basınç oluştuğunda helyum çekirdekleri birleşmeye başlar.

Önemli süreçlerden biri üçlü alfa sürecidir:

3 Helyum-4 → Karbon-12

Yani bugün vücudumuzdaki karbon atomlarının kökeninin önemli bir kısmı, biz doğmadan milyarlarca yıl önce yaşamış yıldızlara kadar uzanır.

Karbon özellikle önemlidir çünkü proteinlerin, yağların, karbonhidratların ve DNA'nın temel elementlerinden biridir.

4. Oksijen nasıl oluşuyor?

Yıldızın içerisinde oluşan karbon çekirdeği başka bir helyum çekirdeği yakalayabilir:

Karbon-12 + Helyum-4 → Oksijen-16

Böylece oksijen meydana gelir.

Vücudumuzun kütlece yaklaşık %65'i oksijendir. Elbette bunun büyük kısmı vücudumuzdaki suyun ve organik moleküllerin içindedir.

Dolayısıyla bedenimizdeki en bol elementlerden birinin geçmişi de yıldızların nükleer süreçlerine dayanır.

5. Büyük yıldızlarda süreç daha ileri gider

Güneş'ten çok daha büyük yıldızların merkezlerinde sıcaklık yükseldikçe daha ağır elementleri üreten füzyon aşamaları gerçekleşebilir.

Kabaca:

Hidrojen → Helyum → Karbon/Oksijen → Neon → Oksijen/Magnezyum → Silisyum → Demir grubu

Bu nedenle ömrünün son dönemindeki büyük bir yıldız, katmanlı bir yapıya sahip olabilir.

Merkeze doğru gidildikçe genel olarak daha ileri nükleer yanma aşamalarının ürünleri bulunur. En iç bölgelerde demir grubu elementlerden zengin bir çekirdek oluşabilir.

Bu, adeta katmanlı bir soğana benzetilir.

6. Neden demirde duruyor?

Burada çok önemli bir fizik kuralı devreye girer.

Hafif atom çekirdeklerini demir bölgesine kadar birleştirmek genel olarak enerji açığa çıkarabilir. Fakat demir grubundan daha ağır çekirdekleri füzyonla üretmeye devam etmek artık yıldızın enerji ihtiyacını karşılamaz.

Bu yüzden büyük yıldızın enerji dengesi bozulabilir. Çekirdek çöker ve uygun kütledeki yıldızlarda çok güçlü bir süpernova patlaması meydana gelebilir.

7. Altın gibi demirden ağır elementler nereden geliyor?

Burada hikâye daha da ilginçleşiyor.

Demirden ağır elementlerin önemli bir bölümü yalnızca normal yıldız füzyonuyla açıklanmaz. Nötron yakalama süreçleri gerekir.

Bunların bir kısmı yaşlı yıldızlarda gerçekleşen s-süreciyle, çok ağır elementlerin önemli bir kısmı ise yoğun nötron ortamlarında gerçekleşen r-süreciyle oluşur.

Özellikle nötron yıldızı birleşmelerinin altın, platin gibi ağır elementlerin üretiminde çok önemli olduğu bugün güçlü biçimde desteklenmektedir. Bazı nadir süpernova türleri de katkıda bulunabilir.

8. Sonra bu elementler uzaya saçılıyor

Yıldızların yaşamlarının sonunda dış katmanlarından madde kaybetmeleri ve özellikle büyük yıldızların süpernova patlamaları, üretilmiş elementleri uzaya dağıtır.

Böylece uzay;

karbon + oksijen + azot + silisyum + magnezyum + kalsiyum + demir + diğer elementlerle

zenginleşir.

Bu maddeler daha sonraki yıldız ve gezegen nesillerinin hammaddesi olur.

9. Güneş Sistemi de bu zenginleşmiş maddeden oluştu

Yaklaşık 4,6 milyar yıl önce, daha önceki yıldız nesillerinin ürettiği ağır elementlerle zenginleşmiş bir gaz ve toz bulutu çökmeye başladı.

Merkezde Güneş, çevresindeki diskten ise gezegenler meydana geldi.

Dünya'yı oluşturan demir, silisyum, oksijen, magnezyum, kalsiyum ve diğer elementler de bu yıldızlararası maddeden geldi.

Daha sonra Dünya üzerindeki kimyasal ve biyolojik süreçler bu elementleri canlıların yapısına dahil etti.

10. Böylece yıldızdaki atom insan bedenine ulaştı

Çok uzun zinciri şöyle düşünebiliriz:

İlk evren
↓
Hidrojen ve helyum
↓
İlk yıldızlar
↓
Yıldızların merkezinde nükleer füzyon
↓
Karbon, oksijen ve diğer elementler
↓
Yıldızlardan uzaya madde aktarımı / süpernovalar
↓
Yıldızlararası gaz ve toz
↓
Güneş Sistemi
↓
Dünya
↓
Canlılar
↓
İnsan

Bu nedenle şu anda kanımızdaki demir, kemiklerimizdeki kalsiyum, DNA'mızdaki karbon, azot ve fosfor, vücudumuzdaki oksijen çok eski kozmik bir geçmiş taşır.

Burada küçük ama önemli bir düzeltme vardır: Vücudumuzdaki hidrojenin büyük bölümü yıldızlarda üretilmedi; Büyük Patlama nükleosentezinden kalmadır. Karbon ve oksijen gibi birçok ağır element yıldızlarda oluşurken, bazı daha ağır elementlerin kökeninde yıldız ölümleri ve nötron yıldızı birleşmeleri gibi olaylar vardır.

Bu açıdan insan bedenindeki bir atomun geçmişini takip ettiğimizde, Büyük Patlama'dan yıldızlara, yıldızlardan Dünya'ya, Dünya'dan canlılığa ve insana uzanan yaklaşık 13,8 milyar yıllık bir kozmik tarih karşımıza çıkar.