Galaktik yaşanabilir bölge

Astrobiyoloji ve gezegen astrofiziğinde galaktik yaşanabilir bölge, bir gökadada yaşamın gelişme olasılığının en yüksek olduğu bölgedir. Galaktik yaşanabilir bölge kavramı, metallik (hidrojen ve helyumdan daha ağır elementlerin varlığı) ile süpernovalar gibi katastrofik olayların sıklığı ve yoğunluğu başta olmak üzere çeşitli faktörleri analiz eder. Ardından bu verileri kullanarak bir gökadanın hangi bölgelerinde karasal gezegenlerin oluşması, başlangıçta basit yaşamın gelişmesi ve bu yaşamın evrimleşerek ilerlemesi için uygun bir ortam sağlanması olasılığının daha yüksek olduğunu hesaplar. Ağustos 2015'te yayımlanan bir araştırmaya göre çok büyük gökadalar, yaşanabilir gezegenlerin doğuşu ve gelişimi için daha küçük gökadalara kıyasla çok daha elverişli bir ortam sunabilir. Samanyolu özelinde ise galaktik yaşanabilir bölgenin genel olarak halka şeklinde olduğuna inanılmaktadır. Dış yarıçapı yaklaşık  olan ve iç yarıçapı Galaktik Merkez'e oldukça yaklaşan bu halkanın her iki yönde de kesin sınırları bulunmamaktadır.

Galaktik yaşanabilir bölge teorisi, bir gökadanın herhangi bir bölgesini yaşamın ortaya çıkması için elverişli kılan faktörlerin doğru bir şekilde nicelendirilememesi nedeniyle eleştirilmektedir. Buna ilave olarak bilgisayar simülasyonları, yıldızların galaktik merkez etrafındaki yörüngelerini önemli ölçüde değiştirebileceğini öne sürmektedir. Bu durum da bazı galaktik bölgelerin diğerlerine kıyasla mutlak surette yaşam için daha uygun koşullar sunduğu yönündeki görüşün en azından bir kısmına meydan okumaktadır.

 Tarihçe 
 Arka plan 
Yıldız çevresi yaşanabilir bölge kavramı; yörüngesindeki bir gezegenin yüzeyinde sıvı su bulundurabileceği yıldız etrafındaki alan olarak ilk kez 1953 yılında Hubertus Strughold ve Harlow Shapley, 1959'da ise Su-Shu Huang tarafından ortaya atıldı. 1970'lerden itibaren gezegen bilimciler ve astrobiyologlar, yakınlardaki bir süpernovanın yaşamın gelişimi üzerindeki olası etkisi de dahil olmak üzere, yaşamın ortaya çıkması ve varlığını sürdürebilmesi için gereken diğer çeşitli faktörleri de dikkate almaya başladılar. 1981 yılında bilgisayar bilimci Jim Clarke, Samanyolu'nda dünya dışı uygarlıkların görünürdeki yokluğunun aktif bir gökada çekirdeğinden kaynaklanan Seyfert tipi patlamalarla açıklanabileceğini ve yalnızca Dünya'nın gökadadaki konumu sayesinde bu radyasyondan korunduğunu öne sürdü. Aynı yıl Wallace Hampton Tucker galaktik yaşanabilirliği daha genel bir bağlamda inceledi, ancak sonradan yapılan çalışmalar öne sürdüğü fikirlerin yerini aldı.

Modern galaktik yaşanabilir bölge teorisi, 1986 yılında bu bölgeyi zeki yaşamın gelişebileceği alan olarak tanımlayan Rus Uzay Araştırmaları Enstitüsünden L. S. Marochnik ve L. M. Mukhin tarafından ortaya atıldı. Donald Brownlee ve paleontolog Peter Ward, 2000 yılında yayımlanan Rare Earth: Why Complex Life is Uncommon in the Universe (Nadir Dünya: Evrende Karmaşık Yaşam Neden Yaygın Değil?) adlı kitaplarında galaktik yaşanabilir bölge kavramını ve karmaşık yaşamın ortaya çıkması için gereken diğer faktörleri daha da detaylandırdılar. Yazarlar bu kitapta, evrende zeki yaşamın yaygın bir durum olmadığını öne sürmek için diğer faktörlerin yanı sıra galaktik yaşanabilir bölge argümanını da kullandılar.

Galaktik yaşanabilir bölge fikri, 2001 yılında Ward ve Brownlee'nin Washington Üniversitesinden Guillermo Gonzalez ile ortaklaşa hazırladığı bir makaleyle daha da geliştirildi. Gonzalez, Brownlee ve Ward bu makalede, galaktik haleye yakın bölgelerin yaşanabilir karasal gezegenler oluşturmak için gereken daha ağır elementlerden yoksun olacağını ve bu durumun galaktik yaşanabilir bölgenin boyutuna bir dış sınır çizeceğini belirttiler. Diğer yandan gökada merkezine çok yakın olmak, normal şartlarda yaşanabilir olan bir gezegeni sayısız süpernovaya ve çeşitli enerjik kozmik olaylara maruz bırakacaktır. Buna ilave olarak, gezegenin bağlı olduğu yıldızın Oort bulutunda yaşanacak kütleçekimsel tedirginlikler nedeniyle, aşırı yoğunlukta kuyruklu yıldız çarpmalarıyla da karşı karşıya kalacaktır. Bu bulgular ışığında yazarlar, galaktik yaşanabilir bölge için gökada şişkinliğinin hemen dışında yer alan bir iç sınır belirlediler.

 Belirleyici etkenler 
Bir gökadadaki herhangi bir konumun galaktik yaşanabilir bölgeye dahil edilebilmesi için çeşitli faktörlerin hesaba katılması gerekir. Bu faktörler arasında yıldızların ve sarmal kolların dağılımı, etkin bir gökada çekirdeğinin varlığı ya da yokluğu, yaşamı tehdit edebilecek yakın süpernovaların sıklığı, o konumun metalliği ve diğer etkenler yer alır. Bu faktörler uygun düzeyde olmadığında, gökadanın o bölgesi yaşamın filizlenmesi veya varlığını sürdürmesi açısından verimli olamaz.

 Kimyasal evrim 
küçükresim|400px|İnce gökada diskinin metallik oranı, dış kısımlardaki gökada halesinden çok daha yüksektir.
Bir yıldızın çevresinde yaşamın var olabilmesi için gereken en temel koşullardan biri, o yıldızın yaşamı sürdürmeye yetecek kütleye sahip bir karasal gezegen oluşturabilmesidir. Yaşanabilir gezegenlerin oluşumu için demir, magnezyum, titanyum, karbon, oksijen, silisyum ve benzeri çeşitli elementlere ihtiyaç vardır; bu elementlerin yoğunlukları ve oranları ise gökada genelinde değişkenlik gösterir.

Bir gökada bölgesinin karasal gezegen oluşturma eğilimini belirleyen en temel kıyaslama ölçütü, Fe/H element oranıdır. Galaktik Merkez'e en yakın bölge olan gökada şişkinliği, Güneş'in oranına kıyasla -0,2 ondalık üs biriminde (dex) zirve yapan bir [Fe/H] dağılımına sahiptir (burada -1 değeri, Güneş'tekine kıyasla 'luk bir metalliğe karşılık gelir). Yerel Kol'un yerel sektörlerinin bulunduğu ince disk ise Güneş'in galaktik merkez etrafındaki yörünge mesafesinde ortalama -0,02 dex metalliğe sahiptir ve bu oran, her bir kiloparseklik yörünge mesafesinde 0,07 dex azalır. Genişletilmiş kalın diskin ortalama [Fe/H] değeri -0,6 dex iken galaktik merkeze en uzak bölge olan hale, yaklaşık -1,5 dex ile en düşük [Fe/H] dağılım zirvesine sahiptir. Buna ilave olarak [C/O], [Mg/Fe], [Si/Fe] ve [S/Fe] gibi oranlar da bir gökada bölgesinin yaşanabilir karasal gezegenler oluşturma kapasitesiyle ilişkili olabilir. Bu oranlardan [Mg/Fe] ve [Si/Fe] zamanla yavaşça azalmaktadır; bu da gelecekte oluşacak karasal gezegenlerin daha büyük demir çekirdeklere sahip olma olasılığının daha yüksek olduğu anlamına gelir.

Karasal bir gezegenin kütlesini oluşturan çeşitli kararlı elementlerin belirli miktarlarına ilave olarak, gezegenin iç kısmını ısıtmak ve levha tektoniği, volkanizma ve jeomanyetik dinamo gibi yaşamı destekleyen süreçlere enerji sağlamak için 40K, 235U, 238U ve 232Th gibi radyonüklitlerin bolluğu da gereklidir. [U/H] ve [Th/H] oranları [Fe/H] oranına bağlıdır, fakat 40K bolluğu için mevcut verilerle genel bir bağıntı oluşturulamamıştır.

Bir gezegen, içini ısıtmaya yetecek kadar radyoizotopa sahip yaşanabilir bir gezegen olsa dahi yaşamın ortaya çıkması için çeşitli prebiyotik moleküllere ihtiyaç vardır. Bu nedenle, söz konusu moleküllerin gökadadaki dağılımı, galaktik yaşanabilir bölgenin belirlenmesinde önem taşır. Samantha Blair ve meslektaşları tarafından 2008 yılında yapılan bir çalışmada, Samanyolu'na dağılmış çeşitli dev moleküler bulutlardan gelen formaldehit ve karbonmonoksit emisyonları analiz edilerek galaktik yaşanabilir bölgenin dış sınırı belirlenmeye çalışılmıştır, fakat elde edilen veriler ne kesin ne de eksiksizdir.

Yüksek metallik, karasal ötegezegenlerin oluşumu için yararlı olsa da aşırı miktarı yaşam için zararlı olabilir. Aşırı metallik, belirli bir sistemde çok sayıda gaz devinin oluşmasına yol açabilir. Bu gaz devleri daha sonra sistemin donma sınırının ötesinden göç ederek sıcak Jüpiterler haline gelebilir ve normal şartlarda o sistemin yıldız çevresindeki yaşanabilir bölgesinde yer alacak gezegenlerin yörüngelerini kararsızlaştırabilir. Düşük metalliğe sahip sistemlerin karasal kütleli gezegenler oluşturma olasılığı çok düşükken, aşırı metalliğe sahip sistemlerde ise çok sayıda gaz devi gelişerek yörünge dinamiğini bozmakta ve gezegenlerin yaşanabilirliğini olumsuz etkilemektedir. Bu durum, Goldilocks ilkesinin metallik için de geçerli olduğunu gösterir.

 Katastrofik olaylar 
küçükresim|250px|Süpernovaların, galaktik yaşanabilir bölgenin sınırları üzerindeki etkisi kapsamlı bir şekilde incelenmiştir.
Bir yıldızın çevresinde yaşamın gelişebilmesi için yalnızca kimyasal açıdan elverişli bir gökada bölgesinde bulunması yeterli değildir. Aynı zamanda, normal şartlarda yaşanabilir olan gezegenlerdeki yaşam potansiyeline zarar verebilecek aşırı sayıdaki katastrofik kozmik olaylardan uzak olmalıdır. Örneğin yakınlarda meydana gelen süpernovalar, bir gezegendeki yaşama ciddi şekilde zarar verme potansiyeline sahiptir ve bu tür yıkıcı patlamaların aşırı sıklıkta gerçekleşmesi, gökadanın koca bir bölgesini milyarlarca yıl boyunca tamamen yaşamdan arındırabilir. Örneğin gökada şişkinliği, ilk etapta son derece hızlı bir yıldız oluşumu dalgası geçirmiş ve bunun sonucunda tetiklenen bir süpernova silsilesi bu bölgeyi beş milyar yıl boyunca yaşamın gelişmesine neredeyse tamamen elverişsiz kılmıştır.

Bir gökadadaki yaşam dağılımını etkileyen faktörler olarak süpernovaların yanı sıra gama ışını patlamaları, aşırı miktarda radyasyon, kütleçekimsel tedirginlikler ve diğer çeşitli olaylar da öne sürülmüştür. Bunlar arasında; kuyruklu yıldız çarpmalarına yol açma potansiyeline sahip "galaktik gelgitler" veya organizmaların içinden geçerek genetik mutasyonlara neden olan soğuk karanlık madde kütleleri gibi tartışmalı teoriler de yer almaktadır. Ancak bu olayların birçoğunun etkisini sayısal olarak ölçmek oldukça zordur.

 Galaktik morfoloji 
Gökadaların çeşitli morfolojik (biçimsel) özellikleri, yaşanabilirlik potansiyellerini etkileyebilir. Örneğin sarmal kollar yıldız oluşumunun gerçekleştiği yerlerdir, fakat içerdikleri çok sayıdaki dev moleküler bulut ve yüksek yıldız yoğunluğu, bir yıldızın Oort bulutunu tedirgin ederek daha iç kısımlardaki gezegenlere doğru adeta bir kuyruklu yıldız ve asteroit yağmuru başlatabilir. Buna ilave olarak yüksek yıldız yoğunluğu ve devasa yıldız oluşum hızı, sarmal kolların içinde çok uzun süre dolanan yıldızları süpernova patlamalarına maruz bırakabilir ve bu durum, yaşamın varlığını sürdürmesi ile gelişme olasılığını azaltır. Tüm bu faktörler göz önüne alındığında Güneş, Samanyolu Gökadası içinde oldukça avantajlı bir konuma sahiptir, çünkü bir sarmal kolun dışında yer almasının yanı sıra eş dönüş çemberinin (corotation circle) yakınında dolanmakta ve bu sayede sarmal kollardan geçişleri arasındaki süreyi maksimum düzeye çıkarmaktadır.

Sarmal kolların bir gezegende iklimsel değişikliklere yol açma potansiyeli de vardır. Yıldız rüzgarları, gökadanın sarmal kollarındaki yoğun moleküler bulutların içinden geçerken o kadar geri itilebilir ki, yörüngedeki bir gezegenin atmosferinde yansıtıcı bir hidrojen tabakası birikebilir ve bu durum muhtemelen bir Kartopu Dünya senaryosuna yol açabilir.

Bir gökada çubuğu da galaktik yaşanabilir bölgenin boyutunu etkileme potansiyeline sahiptir. Gökada çubuklarının zamanla büyüdüğü, en nihayetinde gökadanın eş dönüş yarıçapına ulaşarak halihazırda orada bulunan yıldızların yörüngelerini tedirgin ettiği düşünülmektedir. Örneğin Güneş gibi yüksek metalliğe sahip olup düşük metallikli gökada halesi ile yüksek radyasyonlu gökada merkezi arasında ara bir konumda bulunan yıldızlar, gökada geneline saçılabilir ve bu da galaktik yaşanabilir bölgenin tanımını etkileyebilir. Bu nedenle, bir galaktik yaşanabilir bölgeyi doğru bir şekilde tanımlamanın imkansız olabileceği öne sürülmüştür.

 Sınırlar 
sol|küçükresim|Galaktik yaşanabilir bölge (burada yeşil renkle gösterilmiştir) genellikle gökada merkezinden 7 ila 9 kpc uzaklıkta yer alan bir halka olarak kabul edilir, fakat son araştırmalar bu görüşü tartışmaya açmıştır.
Gonzalez, Brownlee ve Ward'un 2001 tarihli makalesi de dahil olmak üzere galaktik yaşanabilir bölge üzerine yapılan ilk araştırmalar, herhangi bir kesin sınır belirlememiştir. Bu çalışmalar bölgeyi yalnızca gökadanın hem metallerce zenginleşmiş hem de aşırı radyasyondan korunmuş bir bölümünü kapsayan bir halka olarak tanımlamış ve yaşanabilirliğin gökadanın ince diskinde daha olası olduğunu belirtmekle yetinmiştir. Ancak daha sonra 2004 yılında Lineweaver ve meslektaşları tarafından yürütülen bir araştırmada, Samanyolu için gökada merkezinden 7 ila 9 kiloparsek uzaklıkta yer alan bu halkaya belirli sınırlar çizmiştir.

Lineweaver ve ekibi ayrıca galaktik yaşanabilir bölgenin zamana bağlı evrimini de analiz etmiştir. Örneğin, gökada şişkinliğine yakın yıldızların yaşanabilir gezegenlere sahip olabilmeleri için yaklaşık iki milyar yıllık bir zaman penceresi içinde oluşmaları gerektiğini bulmuşlardır. Bu zaman penceresinden önce, sık yaşanan süpernova olayları nedeniyle gökada şişkinliğindeki yıldızların yaşamı destekleyen gezegenlere sahip olması engellenmekteydi. Süpernova tehdidi azaldıktan sonra ise gökada çekirdeğinin artan metalliği, zamanla buradaki yıldızların çok sayıda dev gezegene sahip olacağı anlamına geliyordu. Bu durum, yıldız sistemlerini kararsızlaştırma ve bir yıldızın yıldız çevresi yaşanabilir bölgesinde yer alan herhangi bir gezegenin yörüngesini kökten değiştirme potansiyeline sahipti. Ne var ki 2005 yılında Washington Üniversitesinde yapılan simülasyonlar, sıcak Jüpiterlerin varlığında bile karasal gezegenlerin uzun zaman ölçeklerinde kararlı kalabileceğini göstermiştir.

Milan Ćirković ve meslektaşları tarafından 2006 yılında yapılan bir çalışma, zamana bağlı galaktik yaşanabilir bölge kavramını daha da genişleterek çeşitli katastrofik olayların yanı sıra galaktik dinamiğin temelini oluşturan uzun dönemli (seküler) evrimi de analiz etmiştir. Makale, katastrofik olayların zamanlamasının öngörülemez olması nedeniyle yaşanabilir gezegen sayısının zaman içinde çılgınca dalgalanabileceğini; bu durumun da yaşanabilir gezegenlerin bazı dönemlerde diğerlerine kıyasla daha olası olduğu bir kesintili denge yarattığını öne sürmektedir. Ekip, Samanyolu'nun basitleştirilmiş bir modeli (oyuncak model) üzerinde yapılan Monte Carlo simülasyonlarının sonuçlarına dayanarak, yaşanabilir gezegen sayısının mükemmel derecede doğrusal bir düzende olmasa da zamanla artma eğiliminde olduğunu bulmuştur.

Sonraki çalışmalar, galaktik yaşanabilir bölgenin bir halka olduğu yönündeki eski kavramın daha köklü bir şekilde gözden geçirilmesini sağlamıştır. Nikos Prantzos tarafından 2008'de yapılan bir çalışma; bir gezegenin süpernova tarafından tamamen yaşamdan arındırılmaktan (sterilizasyondan) kurtulma olasılığının gökada merkezinden yaklaşık 10 kpc uzaklıkta en yüksek seviyeye ulaşmasına rağmen, iç gökadadaki muazzam yıldız yoğunluğunun en yüksek sayıda yaşanabilir gezegenin burada bulunabileceği anlamına geldiğini ortaya koymuştur. Bu araştırma, 2011 yılında Michael Gowanlock'un yazdığı bir makaleyle de doğrulanmıştır. Gowanlock, süpernovadan kurtulan gezegenlerin sıklığını; galaktik merkeze olan uzaklıkları, galaktik düzlemden yükseklikleri ve yaşlarının bir fonksiyonu olarak hesaplamıştır. Nihayetinde, bugün gökadadaki yıldızların yaklaşık %0,3'ünün karmaşık yaşamı destekleyebileceğini, kırmızı cüce gezegenlerinin kütleçekimsel kilitlenme durumunun karmaşık yaşamın gelişimini engellemediği varsayıldığında ise bu oranın %1,2'ye çıkacağını keşfetmiştir.

 Eleştiriler 
Galaktik yaşanabilir bölge fikri, bu bölgeyi oluşturacak parametreleri yaklaşık olarak bile tanımlamanın imkansız olduğu ve bu nedenle galaktik yaşanabilir bölgenin başlı başına bir amaç olmaktan ziyade, yaşamın dağılımının daha iyi anlaşılmasını sağlayan yararlı kavramsal bir araçtan ibaret olabileceği gerekçesiyle Nikos Prantzos tarafından eleştirilmiştir. Bu nedenlerle Prantzos, yaşanabilirliğin uzay ve zamanda belirli bir bölgeyle sınırlı kalmasından ziyade, gökadanın tamamının yaşanabilir olabileceğini öne sürmüştür. Buna ilave olarak gökadanın sarmal kollarında "sürüklenen" yıldızlar, orijinal yörüngelerinden on binlerce ışık yılı uzağa sürüklenebilmektedir. Bu durum da tek bir spesifik galaktik yaşanabilir bölge olmayabileceği görüşünü destekler niteliktedir. Ćirković'in 2006 yılında kullandığı mekanizmaları geliştiren bir Monte Carlo simülasyonu, 2010 yılında Edinburgh Kraliyet Gözlemevinden Duncan Forgan tarafından gerçekleştirilmiştir. Deneylerden elde edilen veriler, Prantzos'un kesin sınırları belirlenmiş bir galaktik yaşanabilir bölge olmadığı yönündeki görüşünü desteklemekte ve kesin bir sonuca varabilmek için daha fazla veriye ihtiyaç duyulsa da Samanyolu'nda yüzlerce dünya dışı uygarlığın bulunma olasılığına işaret etmektedir.

 Ayrıca bakınız 

 Kaynakça 

 Dış bağlantılar 

Kategori:Gezegensel yaşanılabilirlik
Yaşanabilir bölgeler