Yıldız Doğumu Sırları Ortaya Çıkıyor

1985 yılında fizikçi Heinz R. Pagels, “Yıldızlar vahşi hayvanlar gibidir. Genç olanları görebiliriz ancak asıl doğumunu, perde içindeki ve gizli bir olay olan, hiç göremeeyiz” dedi. O günden bu yana astronomlar, evrendeki perde yıldız oluşum bölgelerinde gerçekten ne olduğunu çözme konusunda giderek daha yakınlaşmışlardır. Bugün bildiğimiz yıldız doğum hikayesi, gaz ve toz bulutlarının prestellar özeklere çökmesini içerir; ancak yıldızların doğduğu bulutlarda manyetik alanların rolü gibi bilinen birçok belirsizlik hâlâ mevcuttur.

Kyushu Üniversitesi ve Max Planck Dışgezgensel Fizik Enstitüsü’nden araştırmacılar, radyo astronomisi tekniklerini kullanarak prestellar özeklerdeki manyetik alan etkisini incelemiştir. Kyushu’daki araştırma ekibinin başı Doris Arzoumanian, L1544 adlı bir prestellar özeği incelemek için Milimetre Bandında Radyo Astronomisi Enstitüsü’nü (IRAM) kullanarak ekibinin bulgularını açıklamıştır. Milky Way’in (Samanyolu’nun) Taurus Moleküler Bütünü olarak adlandırılan bir bölgesinde yer alan L1544, 140 parsek uzaklıktadır ve Dünya‘ya en yakın yıldız oluşum bölgelerinden biridir.

L1544 prestellar özeğindeki iyon-nötral kayması’nın grafiksel gösterimi. Mavi çizgiler, özeğin yerçekimsel büzüşmesinden dolayı bükülen manyetik alan çizgilerini temsil eder. Kırmızı ve yeşil noktalar sırasıyla iyon ve nötral moleküler türleri betimler; oklar ise bu türlerin özek merkezine doğru olan giriş hareketini izler (daha hızlı hareket ettikçe oklar daha uzundur). Özeğin dış kısmında hem iyonlar hem de nötrallar manyetik alan çizgilerine bağlıyken, özeğin iç kısmında nötrallar manyetik alan çizgilerinden ayrılır ve iyonlara kıyasla daha hızlı bir şekilde çöker; iyonlar ise alan çizgilerine bağlı kalmaya devam eder. İyon-nötral ayrışma olarak bilinen bu ambipolar difüzyon, özek merkezinde bir protoyulduz ve nihayetinde kendi Güneş Sistemimize benzer bir yıldız sistemi üretecek olan prestellar özeğin yerçekimsel çöküşünün başlaması için gereklidir. Kredili: Arzoumanian ve ark.

“Prestellar çekirdekler büyüleyici yıldız cisimleridir,” dedi Arzoumanian. “Yoğun ve soğundurlar ve birçok karmaşık kimyanın kaynağıdır. Soğuk ortam, moleküllerin daha karmaşık olanların—prebiyotik organik moleküllerin öncülerinin—bir araya gelmesini sağlar. Araştırdığımız sorunlardan biri, yıldız oluşumunda manyetik alanların rolüdür. Güçlü manyetik alanlar prestellar çekirdekleri saranlar. Bu alan çok güçlüyse, yerçekimsel çökme ve dolayısıyla yıldız oluşumunu geciktirebilir. Prestellar çekirdeklerin manyetik alanlarının gücünü nasıl azalttığını araştırmak istedik.”

Takımın araştırmasının sonucu, “ampolar difüzyon” adı verilen bir olgunun tespit edilmesidir. Bu, plazmadaki nötr parçacıkların plazmadan ayrışmasıyla gerçekleşir. Yıldız oluşumunun en olası evleri olan moleküler bulutlarda hem nötr parçacıklar hem de iyonların bulutu saran manyetik alanlara güçlü şekilde bağlandığı bir miktar kısmen iyonlaşmış gaz bulunur. Nötr parçacıklar, gömülü manyetik alanla dolaylı olarak çarpışmalar aracılığıyla etkileşir, bu nedenle hızları ölçülebilir. Arzoumanian’ın yaptığı çalışmalar gibi araştırmalar, çekirdekteki moleküler etkinliği ve manyetik alanları anlamaya kritik içgörüler sağlar.

Moleküler İzleyiciler Arama

Prestellar çekirdekler, gelecekteki yıldızları oluşturmak için birleşiyor olmalarına rağmen soğuk bölgelerdir. 10 ile 30 Kelvin arasında (yaklaşık -263 °C ile -243 °C) herhangi bir yerde olabilirler. Bu, molekülleri toz taneciklerinde donduracak kadar soğuktur, temelde daha derin analizden onları gizler. Bu nedenle takım, etkiniliğin “izleyicileri” olarak görev yapacak diğer molekülleri araştırdı. “İzleyicilerimiz olarak Diazenylium-d1 (N2D+) adlı bir iyon ve para-monodeuterasyonlu amonyak (para-NH2D) adlı bir nötr molekül seçtik çünkü bunlar genellikle prestellar çekirdeklerin içindeki benzer yoğun bölgelerde bulunur,” dedi takım üyesi, Max Planck Dışgezegen Fiziği Enstitüsü grup lideri Silvia Spezzano. “Bu nedenle çekirdeğin spektral verilerini topladık ve iki molekülün hızını modelledik.”

Sonuç, bu moleküller arasında yaklaşık 0,05 km/saniye kadar net bir hız farkı oluşturdu; ekip bu farkı “iyon-nötral sürüklenme” olarak yorumladı. Bu durum, prestelir özünün birikme sırasında artan yoğunluğuyla ortaya çıkar. Öz, radyasyondan korunur ve bu da iyonlaşmayı azaltır. Sonuç olarak, moleküller ile içinde gömülü manyetik alan arasındaki bağlanma zayıflar. Nötral parçacıklar prestelir özünün merkezine doğru düşerken hızlanırlar. Bu arada iyonlar manyetik alana bağlı kalarak hız farkını yaratır. Bu süreç kutuplu difüzyondur ve gözlemesi zor olmuştur. “Günümüze kadar, bu olguyu bir prestelir özünde gözlemek büyük bir meydiydi,” dedi Arzoumanian. “Kutuplu difüzyon ilerledikçe, manyetik alanın gücü azalır. Sonunda yerçekimi özün içinde birincil itici güce dönüşür ve öz bir protoyıldıza çökerek yerçekimsel çökme yaşar.”

Kutuplu Difüzyonu Doğru Yerlerde Aramak

Bulgularını doğrulamak için ekip, Arzoumanian’a göre, radyo astronomisi tekniklerinin yanı sıra toz fiziği ve astrokimyası ilkelerini kullanarak diğer prestelir özlerini gözlemeyi umuyor. Farklı evrim aşamalarındaki özlerdeki iyon-nötral çiftlerini incelemek için daha büyük bir prestelir öz örneği incelenmeli. İstatistiksel çalışmalar, aynı zamanda manyetik alan geometrisinin ve bu özlerdeki yoğunluk yapılarının etkisinin, diğer etkilerle birlikte değerlendirilmesi için bir yol da sağlayacak. Ekip, gelecekteki çalışmaların ayrıca yıldız oluşum bölgelerindeki yoğun iplikçikler gibi diğer yapılardaki iyon-nötral sürüklenme hızlarına odaklanabileceğini de öne sürüyor.

Bu gözlemler, yıldız oluşumunun diğer yönlerinin perdesini aralayan ve çekirdeklerdeki 3 boyutlu manyetik alan gücünü anlamaya yönelik yeni bir anlayış sunması bekleniyor; ayrıca yıldızlara dönüşüm yolunda ilerleyen ön-yıldız çekirdeklerinde toz boyutu dağılımının evrimi hakkında da daha fazla içgörü sağlıyor. “Yıldız oluşumunu anlamak, gezegen sistemlerindeki hayatın kökeni hakkında temel bir soruyu yanıtlar ve evreni bütünüyle daha iyi anlamamıza yardımcı olur,” dedi Arzoumanian.

Daha Fazla Bilgi İçin

Doğmadan Önce Kosmik ‘Sürüklenme’ Olayını Yakalamak

L15445 Ön-yıldız Çekirdeğine Doğru İyon-Nötr Sürüklenme Hızının İncelenmesi

Heinz R. Pagels (1985). “Mükemmel simetri: zamanın başının aranması”, Simon & Schuster