Yıldız ve yıldız arasında ne var? Aralarında gerçekten hiçbir şey yok mu?
20. yüzyılın başında, ünlü Alman gökbilimci Hartmann garip bir fenomeni keşfetti: Orion spektrumunda iyonize kalsiyumdan oluşan koyu bir çizgi belirdi. Orion 8 çok sıcak bir yıldızdır, bu nedenle spektrumunda metalik çizgiler olmamalıdır.
İlginç bir şekilde, Delta Orion, birbirinin güneyinde dönen spektral bir ikili yıldızdır. Spektrumunun periyodik bir kayması vardır, ancak bu iyonize kalsiyum spektrumunun dalga boyu değişmeden kalır. Hartman kendi bakış açısını ortaya koymuştur, yani iyonize kalsiyum spektrumunu üreten madde yeryüzüne sabittir, yani yıldız ile dünya arasında toz ve gaz vardır. Yıldızlararası madde olarak adlandırılırlar ve yıldızların yaydığı ışığı emer ve siyah kalsiyum çizgileri oluştururlar. Hartman doğru mu? Bu, Hartman'ın bakış açısının doğru olduğunu, yıldızlararası uzayda emici madde olduğunu gösterir.
1930'da başka bir gökbilimci, yıldızlararası maddenin varlığını başka bir açıdan doğruladı. İsviçreli gökbilimci Trump, yıldız kümelerini incelemede uzmandır. Yıldız kümesi ne kadar uzaksa, parlaklık o kadar koyu olduğundan, mesafe yıldız kümesinin parlaklığından hesaplanabilir. Mesafeyi bildikten sonra, gökada kümesinin gerçek çapı, gözlemlenen kümenin açısal çapından hesaplanabilir. Trumpler'in açık yıldız kümelerinin uzaklığı ve boyutu üzerine araştırması garip bir sonucu ortaya çıkardı: Yıldız kümesi ne kadar uzaksa, yıldız kümesinin gerçek çapı o kadar büyük olur. Bu garip sonuç, yıldızlararası uzayda ışığı emen yıldızlararası maddenin varlığını dolaylı olarak doğruladı. Galaksi kümeleri tarafından yayılan ışığı soğururlar ve galaksi kümelerinin parlaklığını küçültürler, bu da bizi yanlışlıkla çok uzakta olduklarına inandırır, böylece abartılı mesafeye bağlı olarak galaksi kümelerinin boyutunu abartır. Bu, küme ne kadar uzaksa çapının o kadar büyük olduğu yanlış sonucuna götürür. Şimdiye kadar gökbilimciler, yıldızların boşluk olmadığını, yıldızlararası maddeyle dolu olduğunu genel olarak kabul ettiler.
Bu maddeler nelerdir? Kimyasal bileşimleri nedir? Gökbilimciler birçok gözlem yaptılar. Sadece kalsiyum, sodyum, potasyum, demir ve titanyum tarafından yayılan yıldızlararası spektrum çizgilerini değil, aynı zamanda karbon, nitrojen ve hidrojenin moleküler bileşikleri tarafından üretilen yıldızlararası spektrum çizgilerini ve bantlarını da gözlemlediler. İnsanlar ayrıca oksijen, magnezyum ve titanyum gibi birçok elementi gözlemlemek ve bulmak için spektrometreyi yapay bir uyduya koydu. Silikon, fosfor, klor, argon ve manganezden oluşan yıldızlararası çizgiler. Evrende en bol bulunan elementin hidrojen olduğunu biliyoruz. Yıldızlararası uzayda hidrojen atomları var mı? Hidrojen atomlarının ürettiği spektral çizgiler, görünür ışığın dalga boyundan daha uzundur. Hidrojeni tespit etmek için, onu gözlemlemek için bir radyo teleskopu kullanılmalıdır. 1944'te Van der Hurst hâlâ üniversite öğrencisiydi. Bitirme tezi, evrendeki hidrojen atomlarının tespiti hakkındaydı. Teorik hesaplamaları, uzaydaki hidrojen atomlarının 21 cm dalga boyunda radyo dalgaları yayabildiğini gösteriyor. Bununla birlikte, bir hidrojen atomunun 21 cm dalga boyunda radyo dalgaları üretmesi ortalama 10 milyon yıl alır ki bu nadir görülen bir durumdur.
Ancak yıldızlararası uzayda hidrojen atomlarının bolluğu nedeniyle 21 cm yıldızlararası hidrojen atomlarının radyo dalgası şiddeti radyo teleskopları ile tespit edilmek için yeterlidir. 1951'de Van der Hurst'ün önerisine göre, Birleşik Devletler'deki radyo gökbilimcileri, hidrojen atomlarından 21 santimetre dalga boyuna sahip radyo dalgaları aldılar. Gözlemsel verilerin analizi, yıldızlararası hidrojen atomlarının Samanyolu'nda toplandığını gösteriyor. Bu hidrojen atomlarının gaz sıcaklığı çok düşük, ortalama 60K ve yoğunluğu da çok küçük. Bir metreküp uzayda yalnızca 100.000 hidrojen atomu vardır. Yıldızlararası bir hidrojen atomu, çevreleyen hidrojen atomlarıyla yalnızca her 300 yılda bir çarpışır ve Dünya'nın atmosferindeki moleküller saniyede 1 milyar kez çarpışır!
Hidrojen atomlarına ek olarak, gökbilimciler yıldızlararası uzaydaki birçok molekülü keşfetmek için radyo teleskopları da kullanırlar. Altmış veya yetmişten fazla yıldızlararası molekül türü vardır. Su, amonyak, karbon monoksit ve formaldehit ve etanol gibi diğer organik moleküller gibi düzinelerce inorganik molekül vardır. Ek olarak, esas olarak su buzu, grafit, silikat ve metallerden oluşan, çap olarak bir mikrometrenin onda biri kadar küçük parçacıklar olan yıldızlararası toz vardır. Uzayda yıldızlararası maddenin dağılımı düzensizdir. Bazı bölgelerde yıldızlararası madde, tıpkı bulutlar gibi özellikle yoğundur. Gökbilimciler yıldızları gözlemlemeye gittiklerinde gökyüzünde bulutsu adı verilen çok sayıda parlak bulut benzeri nesne gördüler. Bazı bulutsuların şekli düzensizdir ve bunlara dağınık bulutsular denir. Çıplak gözle görülebilen tek bulutsu, dağınık bir bulutsu olan Avcı Bulutsusu'dur. Bazı bulutsular, gezegenler gibi küçük dairesel veya eliptik alana sahiptir. Bu bulutsulara gezegenimsi bulutsular denir.
Farklı bulutsuların farklı boyutları, yoğunlukları ve sıcaklıkları vardır. Gezegenimsi bulutsunun ortalama çapı 0,3 ışıkyılıdır. Bulutsunun kütlesi, güneş kütlesinin yaklaşık 0,2-0,6 katıdır. Bulutsunun yoğunluğu metreküp başına 100-10 milyar bulutsu maddesi parçacığıdır ve sıcaklık 1000-10000 K'dir. Dağınık yansıma bulutsusunun boyutu ve kütlesi çok daha büyüktür. Örneğin, Avcı Bulutsusu'nun çapı 300 ışıkyılından fazla, yaklaşık 50.000 güneş kütlesi kütlesi, en parlak bölümünde metreküp başına 10 milyar atom yoğunluğu ve yaklaşık 800 K'lik bir sıcaklığı vardır. Karanlık bulutsular aynı zamanda dağınık bulutsulardır. Karanlık bulutsudaki toz kütlesinin yaklaşık 20 güneş kütlesi ve gaz kütlesinin yaklaşık 200 ila 300 güneş kütlesi olduğu tahmin edilmektedir. Karanlık bulutsu, parlak yıldızlarla aydınlatılamadığı için yalnızca 10.000'dir. Yıldızlararası moleküllerden oluşan bulutsu, moleküler bulut olarak adlandırılır ve Avcı Bulutsusu'nda büyük bir moleküler bulut vardır. Gökbilimciler artık yıldızların moleküler bulutlardan oluştuğuna inanıyor.
Bir tür bulutsu da var: Bir teleskopla gözlemlenen küçük ve koyu renkli dairesel bir karanlık noktadır ve insanlar ona sferoit diyorlar. Yıldızlararası uzayda hala bazı görünmez maddeler var Evrendeki karanlık madde kütlesinin ışıklı maddeden daha büyük olduğuna inanılıyor.
