YILDIZ ASTROFİZİĞİ ALANINDAKİ ÇALIŞMALARIMIN TAKDİMİ

Doç. Dr. Kutluay YÜCE
Ankara Üniversitesi
Fen Fakültesi
Astronomi ve Uzay Bilimleri Bölümü
Tandoğan, Ankara
TR-06100 TÜRKİYE
kyuce@ankara.edu.tr
Tel (iş): 0 (312) 2126720 / 1196

Geçmişteki çalışmalarım:

Lisans eğitimimin dördüncü yılından itibaren yaklaşık on (10) yıllık bir zaman diliminde, Ankara Üniversitesi Gözlemevi’nde yürütülmekte olan “değişen yıldızların fotoelektrik fotometri” konulu rutin gözlem programına katıldım. Yer aldığım gözlemsel faaliyetler, astronomi amaçlı fotometrik gözlem yapma ve verilerin indirgenmesi hususunda sistematik araştırmaların nasıl gerçekleştirileceğine dair akademik tecrübe edinmeme vesile olmakla birlikte, sonrasında yaptığım bilimsel çalışmalarıma temel teşkil etmiştir.

Yüksek lisans eğitimim döneminde, Rasathanemizde gerçekleştirilen çift yıldız gözlemlerinin yanı sıra, yaklaşık üç (3) yıllık bir süre içerisinde tez inceleme yıldızım olan Be/X-ışın çifti X Persei’nin fotometrik gözlemini gerçekleştirdim. Bu gözlemleri yapmaktaki amacım, X Persei çift sisteminin sıcak Be bileşeni etrafındaki çevresel diskinden kaynaklanan ay ve/veya yıl mertebesinde oluşabilecek uzun zaman ölçeğindeki ışık değişimlerini belirlemekti. Literatür bilgisine göre; yıldız 1990-1993 yılları arasında çevresel disk kayıp evresinden sonraki en parlak dönemindeydi. X Persei Yıldızının (HD 24534) Optik ve Moröte tayflarının İncelenmesi” başlıklı yüksek lisans tez çalışması, aslında üç ayaklı yürüttüğümüz bir gözlem çalışmasıydı. Yaptığımız ışıkölçüm gözlemleri ile, yıldızın sönük dönemi sonrası eriştiği maksimum parlaklık tespit edilip kayıt altına alındı. X Persei yıldızının görsel bölge tayfları; danışman hocam Sayın Prof. Dr. Semanur Engin’in Trieste Gözlemevi’ne gerçekleştirdiği bilimsel ziyareti esnasında temin edildi. Söz konusu bu tayflar, elektromanyetik tayfın 3600-7000Å dalgaboyu bandını içerdi. Yer tabanlı bu gözlemsel tayflar üzerinde gerçekleştirdiğimiz inceleme çalışmaları (süreklilik belirleme, salma ve soğurma çizgilerinin tespiti ve onların  planimetre ile ölçümü vs), lisans ve yüksek lisans eğitimi sırasında gördüğümüz derslerde yıldız astrofiziğine ait edindiğim bazı teorik bilgilerin bir anlamda uygulamaları niteliğini taşımaktaydı. Ayrıca, yıldızın dış atmosfer katmanlarının doğasını da ortaya koyan Hidrojen Balmer serisinin ilk çizgileri (H_alpha, H_beta)’nde çevresel disk yapısının etkilerini incelemek  benim için etkileyici idi: Yıldız rüzgarlarından kaynaklanan “çevresel disk”, çizgi profilinde salma yapısına sebep olmuş ve yaklaşık yedi (7) aylık bir zaman ölçeğinde salma çizgisi gittikçe kuvvetlenerek, takip eden zamanda kuvvetli soğurma çizgisine erişmiştir. Tez çalışmamızın bir diğer ayağında yıldızın moröte bölgesine ait IUE (International Ultraviolet Explorer) uydu verilerini inceledik. Manyetik bantlar olarak temin ettiğimiz yıldızın 1200-3000 Å dalgaboyu aralığındaki ham tayf bilgilerini, Ankara Üniversitesi Rektörlüğü’nün Bilgi İşlem Merkezi’ndeki VAX makinalarında okuttuk. Ve tek boyutlu tayflar haline dönüştürerek incelemelerde bulunduk. Bu inceleme çalışmaları arasında enerji dağılımına ilişkin sürekliliğin belirlenmesi, yıldıza ait çizgi profillerinin tespiti, bunların hangi atom ve iyonlara ait olduklarının tanımlaması, Si IV ve C IV iyonlarına ait gözlemsel çizgiler kullanılarak yıldız rüzgarları ile meydana gelen kütle kayıp hızına ilişkin değerlerin kestirimi, düşük çözünürlüklü moröte bölge tayflarına atmosfer  modelleri uygulanarak gözlemsel ve kuramsal enerji dağılım karşılaştırmalarından yıldızımın atmosfer parametre değerlerinin (etkin sıcaklık ve yüzey çekim ivmesi) tayin edilmesi yer aldı.

Tayfsal ve fotometrik analiz sonuçlarımızın her ikisi; sistemdeki O9.5 tayf türünden sıcak bileşenin çevresinde yıldız rüzgarları ile oluşan bir birikim diskinin varlığını ve bu diskin yıllar içerisinde kısmen ve/veya tamamen dağıldığını ve zamanla yine yoğunlaştığını ortaya koydu. Yüksek lisans tez çalışmamız neticesinde ortaya çıkan yayınlar:

1) S. Engin, K. Yüce, “Photoelectric Observations of X Persei”,
Information Bulletin on Variable Stars, IBVS-No: 4454 (1997).
2) S. Engin, K. Yüce, “Line Profile Changes in X Persei”,
Information Bulletin on Variable Stars, IBVS-No: 4648, (1998).

Yüksek lisans eğitimimi tamamladığım yıllarda ülkemiz gözlemevlerinde büyük çaplı bir teleskop ve ona bağlı tayfçeker(ler) mevcut değildi. Bilimsel çalışmalarda kullanılan yıldız tayfları, uluslararası ortaklı işbirlikleri neticesinde yurt dışından (Trieste Gözlemevi, Dominion Astrofizik Gözlemevi vb.) temin ediliyordu. Bu hususdan kaynaklanan sebeplerle yaklaşık dört (4) yıl kadar doktora tez konuma karar verilemedi. Sayın Prof. Dr. Dursun Koçer Hocamın referansları sayesinde Sayın Prof. Dr. Saul J. Adelman (Charleston, Amerika Birleşik Devletleri) ile yıldızların kimyasal bolluk analizleri konusunda posta ve e-posta imkanları ile çalışmalara başladık. Sayın Prof. Dr. Semanur Engin’in gözetiminde 4 Lac ve nu Cep Yıldızlarının Tayfsal Analizleri” başlıklı doktora tez çalışmam esnasında, Dominion Astrofizik Gözlemevi (DAO)’nden temin edilen iki yıldızın görünür bölge tayflarında bulunan yıldız çizgilerinin tek tek belirlenerek ölçülmesini (dalgaboyu, eşdeğer genişlik vb.), hangi atom ve iyona ait olduklarını ortaya çıkarılmasını, atmosfer parametrelerinin tespit edilmesini (etkin sıcaklık, yüzey çekim ivmesi, mikrotürbülans hızı), bu tespitleri kullanarak model atmosferler yardımıyla yıldız atmosferlerindeki element bolluklarının hesaplanmasını ve literatürde mevcut evrim senaryolarının ışığında yıldızların evrim durumlarının tespitine yönelik ayrıntılı incelemeler gerçekleştirdim. Doktora tez çalışmamın sonucunda çıkan yayınlar:

– Yüce, K. “Spectral Analysis of 4 Lacertae and nu Cephei”,
Baltic Astronomy, vol. 14, 51-82 (2005).

– SCI kapsamındaki dergide özet bildirim: Yüce, K. “Spectral Analyses of 4 Lacertae and nu Cephei”,
The Publications of Astronomical Socities of the Pacific, vol. 115, issue 809, p.888 (2003).

– Uluslararası bilimsel toplantıda poster: Yüce, K. “Abundances in 4 Lacertae and nu Cephei”,
in the A-Star Puzzle, held in Poprad-Slovakia, IAU- Symposium, No. 224, (Edited by J. Zverko, J. Ziznovsky, S.J. Adelman, and W.W. Weiss), Cambridge, UK: Cambridge University Press, p.873-878 (2004).

– Ulusal bilimsel toplantıda bildiri: Yüce, K. “Geç B/Erken A Tayf Türü Süperdev Yıldızlarından 4 Lacertae ve nu Cephei’nin Tayfsal  Analizleri”,
31 Ağustos-4 Eylül 2004, Kayseri, XIV. Ulusal Astronomi Kongresi Bildiri kitabı, s.81-85.

Yıldızların gözlemsel çizgi profillerinin tamamını deşifre ederek, model atmosfer yöntemiyle yüzey element bolluk belirlemelerine ilişkin doktora tez çalışmamın hemen öncesinde, benzer bir bilimsel çalışma içerisinde yer almış olmam; modern analiz teknikleri ile ayrıntılı tayf incelemeleri yapmak hususunda bana bilgi ve tecrübe sağladığını düşünüyorum (S.J. Adelman, H. Caliskan, D. Kocer, H. Kablan, K. Yüce, S. Engin, “The superficially normal B and A stars alpha Draconis, tau Herculis, gamma Lyrae and HR 7926”, Astronomy and Astrophysics, 2001, vol. 371, 1078-1083).

Lisansüstü çalışmalarımda yıldızları hem fotometrik hem de tayfsal yolla incelemiş olmak, bizden çok uzak olan yıldızların doğasını ortaya çıkarmakta farklı gözlem ve analiz teknikleri uygulanıp farklı yollardan incelemenin hassas sonuçlara ulaşmakta ne kadar önemli olduğunu kavramamıza ve özümsememize neden oldu.

Bu meyanda literatür çalışmaları sırasında süperdev yıldızların kısa ve uzun zaman ölçeklerinde gösterdikleri fotometrik ışık değişimleri dikkatimi çekmişti. Sonrasında, bu türden bir dizi süperdev yıldızın problemini belirleyerek, yaklaşık üç (3) yıllık bir süre yürütücülüğünü ve denetimini yüklendiğim çeşitli gözlem projeleri kapsamında, TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi (TUG)’ndeki 40 cm’lik teleskopla “Strömgren uvby” filtrelerinde yıldızların fotometrik gözlemlerini gerçekleştirdim. Yıldızlar, aynı zamanda uluslararası ortak çalışmanın bir parçası olarak Arizona’daki “Four College Automated Photoelectric Telescope” ile de gözlenmeye başlandı. Analizler sonucunda sadece iki süperdev yıldızda küçük genlikli ışık değişimleri tespit edilmek suretiyle literatüre kazandırıldı (S.J. Adelman, K. Yüce,Strömgren Photometry of the Supergiants HD 4841 (B5 Ia) and HD 194279 (B2 Ia)”, Baltic Astronomy, 2007, vol. 16, 311-326).

2005 yılından itibaren öğretim üyesi olarak Ankara Üniversitesi Astronomi ve Uzay Bilimleri Anabilim Dalı’nda “801512 Kimyasal Bolluk Analizi” isimli ders ilk defa tarafımdan aktifleştirilerek lisansüstü eğitimine kazandırıldı. Bu sayede, uzmanlık alanımla ilgili olan yıldız astrofiziği ve model atmosferler alanlarındaki mevcut bilgi, tecrübe ve edinimlerimi lisansüstü öğrencilerimizle paylaşarak, genç araştırmacıları bu alana yöneltip, ülkemizde bu konudaki açığı gidermede üzerime düşen görevi layıkıyla yapma bilinci içerisinde çalışmalarımı sürdürmekteyim.

Danışmanlığımda yürütülen yıldızların ayrıntılı tayfsal analizleri üzerine dört yüksek lisans tez çalışması bir de ‘Tezsiz Yüksek Lisans Dönem Sonu Projesi” tamamlandı:

1) Tolgahan Kılıçoğlu (Araştırma görevlisi: Ankara Üniversitesi), tayfları Dominion Astrofizik Gözlemevi’nden temin edilen delta Scuti yıldızı 20 CVn’nin kimyasal bolluk analizi çalışmalarını yaptı.

2 – 3) Rahime Canan Şahin ve Fatma Başak Eminoğlu yüksek lisans çalışmalarını, gözlemsel tayfları Dr. İlfan Bikmaev tarafından daha önce Dr. Adelman’a temin edilen TUG’daki RTT150 teleskobuyla alınmış II ışınım sınıfından yıldızların kimyasal bolluk analizlerini gözetimimde ilk kez gerçekleştirdi. Bu çalışmalar sayesinde, TUG verilerinin yıldızların ayrıntılı tayfsal analizlerde kullanılabileceği görüldü.

4) Sıla Eryılmaz’ın yüksek lisans tez çalışmasında, gözlemleri tarafımdan TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi (TUG)’ndeki RTT150 teleskobu ve ona bağlı Coude Eşel Tayfçekeri kullanılarak gerçekleştirilen bir dizi yıldızdan iki tanesinin tayfları kullanıldı. Bu incelemeleri; tayf indirgemesi, çizgi ölçümü, çizgi tanısı, model atmosfer yöntemiyle kimyasal bolluk analizleri üzerine oldu. 29 And ve 89 Cet isimli yıldızların elde edilen yüzey element bollukları, literatürdeki sonuçlar ile karşılaştırılmak sureti ile TUG verilerinin ayrıntılı tayfsal analizlere uygunluğu irdelenerek, tespit ve kayıt altına alındı.

Yıldızların kimyasal bolluk analizleri konusunda uzman bir bilim insanı olan Prof. Dr. Saul J. Adelman ile yaptığımız ortak çalışmalar, doktora sonrasında da devam ediyor. Astrofiziğin bu alanında çalışan ve sayıları aslında çok fazla olmayan bilim insanları zaman zaman bilimsel çalıştaylar ile bir araya gelmektedir. Katıldığım uluslararası tayfsal çalıştaylar:

1) “The A-Star Puzzle”, IAU Symposium 224, July 8-13, 2004, Poprad, Slovak-Republic

2) “Workshop: ATLAS12 and RELATED CODES-Application to Elemental Abundance Determination”, 11-15 July, 2005, Trieste-Italy

3) “Workshop:  Non-LTE Line Formation for Trace Elements in Stellar Atmospheres”,

30 July-04 August 2007, Nice-France

Yıldızların tayfsal verilerinde yurt dışındaki gözlemevlerine olan bağlılığın en aza indirilebilmesi amacıyla, son yıllarda, TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi RTT150 Teleskobuna bağlı Coude Eşel Tayfçekerini kullanarak gözlemsel tayfların alınabilmesine odaklanmış durumdayım. TUG RTT150 Eşel Tayf kalitesini ve kimyasal analizlerdeki kullanımını ortaya koyan herhangi bir bilimsel çalışmanın olmaması nedeniyle,  öncelikli amaç ve hedefim; tayflarımızı literatürde kabul gören sinyal gürültü oranı (S/G) >200 mertebesine çıkarabilmekti. Bu amaçla 2009 yılından itibaren TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi’ne gözlem projeleri vererek yıldızların tayfsal gözlemini yapmaktayım. Ülkemizde bu türden gözlemlerin ilk kez ayrıntılı olarak yapıldığı çalışmalarımızın sonuçlarını meslektaşlarımızla paylaştık (Yüce ve ark. 2008, XVI. Ulusal Astronomi Kongresi Bildiri Kitabı, Ç.O.M.Ü. yayınları, no:37, s.1076-1089). Gözlemler sırasında uyguladığım teknik sayesinde, eşel tayfın bazı açıklıkları için S/G değerinin 500’ün üzerine çıkabildiğini tespit ettik. Danışmanlığımda yürüttüğüm 29 And ve 89 Cet yıldızlarının incelendiği bir yüksek lisans tez çalışması (Sıla Eryılmaz; 2011, Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü), tayfsal verilerimizin kimyasal bolluk belirlemelerinde kullanılabileceği gerçeğini ortaya koydu.

Hemen belirteyim ki; TUG gözlem imkanlarını kullanarak tayfsal gözlem yapma, indirgeme, ölçüm ve analizler konusunda da çalışmalarıma devam ediyorum. Ulusal Gözlemevimizden ve ülkemizde faaliyete geçecek başka tayfçekerlerden temin edilecek tayfların yüksek duyarlılıkla ayrıntılı  incelenmesine önemle gerek vardır diye düşünüyorum.

2010 yılında, “TÜBİTAK Doktora Sonrası Araştırma Bursu” kapsamında 12 ay süre ile Trieste Gözlemevi (INAF-Osservatorio Astronomico)’ne yaptığım bilimsel ziyarette, Dr. Fiorella Castelli danışmanlığında,model atmosferler ve sentetik tayfsal analizler” yöntemiyle yıldızların atmosferlerine ilişkin fiziksel özelliklerinin (etkin sıcaklık, yüzey çekim ivmesi, türbülans hızları) ve kimyasal yapılarının (hangi elementten ne kadar oranda mevcut vs.) ortaya çıkarılmasına ilişkin çalışmalarda bulundum. Yıldız atmosferlerinin fiziksel durumlarını dikkate alacak şekilde, kuramsal teknikleri içeren en modern LTE (atmosferin yerel termodinamik dengede olması koşulu) ve NLTE (yerel termodinamik dengeden sapmalar)’den etkilenen önemli çizgilerin durumu ve atomik veriler üzerinde özellikle yoğunlaştım. (Yüce, K.; Castelli, F.; Hubrig, S. “Wavelengths and Oscillator Strengths of Xe II from the UVES Spectra of Four HgMn Stars”, Astronomy and Astrophysics, vol. 528, A37 1-16 (2011)).

Astrofiziğin temel bilgileri yıldızların ayrıntılı tayfsal çalışmalarından elde edilmektedir. Astrofiziğin bu en önemli ve en verimli bilgi alanı Dünya’da az sayıdaki araştırma merkezinin temel araştırma alanıdır. Uzun yıllar boyunca Trieste bunların başında gelmiştir. Trieste Gözlemevi’nin bende bıraktığı duygu, gökbilim tarihinde önemli bir astrofizik merkezi olmasının verdiği haz olması yanında, Bölümümüzün değerli hocalarından Prof. Dr. Cemal Aydın, Prof. Dr. İ. Ethem Derman ve aynı zamanda lisansüstü danışmanlığımı üstlenen Prof. Dr. Semanur Engin’in de orada eğitim görmüş olmalarıdır.

Son dönemdeki çalışmalarım:

Nisan 2011 döneminde başvurduğum Üniversitelerarası Kurul’un gerçekleştirdiği doçentlik sınavına Ekim 2012’de girerek, doçent ünvanı almaya hak kazandım.

Yaklaşık 100 yıl önce Harvard tayfsal sınıflandırıcıları tarafından fotoğrafik emülsiyonlar kullanılarak elde edilmiş tayflardan yapılan sınıflama tanımlamalarından sonra; tayfsal ve kimyasal özellikleri bakımından, daha yaygın normal yıldızlardan farklı türlerin (kimyasal peküliyer vs.) varlıklarının ortaya konulmasıyla, Hertzsprung-Russell diyagramının iyi anlaşılabilmesi önem kazanmıştır. Özellikle anakol komşuluğundaki yıldızların ayrıntılı tayfsal analizleri bu probleme önemli bilgiler sağlamaktadır. Son yıllarda, geç B – orta F tayf türü aralığındaki anakol komşuluğu yıldızların astrofizik problemlerine eğilmiş durumdayım.

Gelecekte çalışmayı planladığım konular:

Yıldız Spektroskopisi (tayf ölçümü/bilimi), yıldızların gözlemsel tayflarının ayrıntılı analizidir. Bu çok güçlü araç, mantıksal bir sırada yıldızların sınıflandırılmasını içeren pek çok fiziksel ve kimyasal özelliği anlamalarında tayfbilimcilere imkan sağlar. Son 10 yılda kaydedilen bilimsel gelişmeler ışığında, yıldızların optik bölge tayflarının analizlerini inceliyoruz. Özellikle B, A ve erken-F tayf türü yıldızların kimyasal bileşimlerini belirliyoruz. Tek tek yıldızların kimyasal bileşimlerinin çalışılmasına olan bu ilgimiz, anakol bandı ve komşuluğundaki yıldızların özelliklerinin genellikle iyi anlaşılmamış olmasından kaynaklanmaktadır (K. Yüce, 2012, bildiri: “Element Bolluk Analizinde İki Teknik: Tayfsal Çizgi Ölçümleri ve Tayfsal Sentez”, XVIII. Ulusal Astronomi ve Uzay Bilimleri Kongresi ve VII. Ulusal Öğrenci Astronomi Kongresi, 27 Ağustos – 1 Eylül 2012).

Önümüzdeki dönemlerde de; yıldız atmosferlerinin sayısal modellemesini yaparak yıldızların yüzey kimyasının belirlemesinde kullandığım mevcut iki tekniği (“Tayfsal Çizgi Ölçümü – Fine Analysis” ve “Tayfsal Sentez – Spectral Synthesis”) etkin bir biçimde kullanmaya devam etmek istiyorum. Bu çalışmalarımı yaparken bu konuya ilgi duyan öğrencilerimle, ulusal ve uluslararası meslektaşlarımla bilimsel işbirliğinde olmaya devam etmek arzusundayım.

Sözkonusu bilimsel çalışmaların kapsamı:

– Yıldızların atmosfer parametrelerinin (etkin sıcaklık, yüzey çekim ivmesi, mikrotürbülans hızı) belirlenmesinde fotometrik, spektrofotometrik ve tayfsal yöntemleri etkin olarak  kullanmak. Yıldızlara ait spektrofotometrik veriler “ASTRA Cassegrain Spectrophotometer  – ASTRA” ile elde edilecektir. ASTRA ve onun otomatik (0.5-m, f=16 özellikli) teleskobu Arizona’daki Fairborn Gözlemevi’nde olup test çalışmaları halen devam etmektedir. Kurulumu Prof. Dr. Saul J. Adelman önderliğinde yapılan ASTRA aracılığı ile alınacak olan spektofotometrik verileri analizlerimizde kullanmayı planlıyoruz. Böylece yıldızların etkin sıcaklık ve yüzey çekim ivmesi gibi atmosfer parametrelerinin tespitinde farklı ölçütlerin kullanımı sayesinde güvenilir sonuçlara ulaşılacaktır.
– TÜBİTAK Ulusal Gözlemevi ve diğer gözlemevlerinden elde edilecek gözlemsel yıldız verilerinin analizinde kullanılmak üzere, model atmosfer programları (örneğin; Robert L. Kurucz’un ATLAS9 ve ATLAS12 kodları) ile modeller üretmek.
– Hem tayf çizgilerinin eşdeğer genişliklerini kullanarak ve hem de sentetik tayf metoduyla element bolluk analizlerini gerçekleştirmek.
– Sonuçların yorumlanması amacı güdülmektedir.

Kaliteli tayfların alınması yanında, bu verilerin modern atmosfer teknikleriyle analiz edilebilmesi, ülkemizde bu alandaki boşluğu dolduracak ve gençlerin bu konuda donanımlı yetişmelerine imkan sağlayacaktır.