Evrenin zaman akışını takip etmek zorlu bir iştir. Sürekli olarak değişmekte ve gelişmektedir ve milyarlarca yıl önce gerçekleşen olayları incelemek mümkün olsa da, kolay değildir. The Ohio State Üniversitesi’ndeki astronomların yayınladığı son bir araştırma, belki de beklenmedik bir element olan mangnezyumu kullanarak uzayda zamanı ölçmenin yepyeni bir yolunu ortaya koymuştur.
Ancak burada kastedilen, evrende yüzen gümüş renkli metal parçalarını takip etmek değildir. Bilimsel literatürde [Mn III] olarak bilinen, nispeten yaygın olan elementin iyonize olmuş, gaz halindeki formuna bakılıyor. Peki bu element neden “kronometre” olarak kullanışlıdır?
Mangnezyum, demir ailesinin bir üyesidir, ancak daha ünlü kuzeni olan demire kıyasla 100 kat daha az bulunur; bu kuzen, insan uygarlığının tümünün adını aldığı bir çağın konusudur. Mangnezyum ayrıca geleneksel spektral çizgilerde iyi görünmez ve Dünya yüzeyinden tespit edilmesi zor olan ultraviyole ışıkta parlar. Bu nedenle bilim insanları nadiren, süpernova kalıntılarını veya “uzay bulutları” olarak bilinen H II bölgelerindeki gaz ve toz kütlelerini incelemek için kullanmıştır.
Ancak teorik olarak mangnezyumun bir süpernova kalıntısının son aşamalarında parladığını biliyorlardı. Ancak kimse bu parlaklığın bilimsel bir araç olarak nasıl kullanılacağını anlamaya çalışmamıştı.
Bu elementlerin bilimsel bir araç olarak neden kullanışlı olabileceğini anlamak için, öncelikle nereden geldiklerini anlamak önemlidir. Carl Sagan’ın meşhur sözüyle, hepimiz yıldız tozundan yapılmışızdır ve insan biyolojisinde önemli bir rol oynayan mangnezyum da bu durumun bir istisnası değildir. Demir atom numarasına sahip elementlerden daha “ağır” elementlerin oluştuğu iki tür süpernova vardır. Bir II tipi süpernova, devasa, kısa ömürlü yıldızların doğumlarından sadece milyonlarca yıl sonra patlamasıyla gerçekleşir. Ia tipi süpernovalar ise, çok daha kararlı yıldızların ölümünden milyarlarca yıl sonra meydana gelir.
Mangnezyum, Ia tipi süpernovalarda çok daha hızlı oluşur, bu da zamanla mangnezyum ile demirin oranının artmasına neden olur. Evrenin erken dönemlerinde bu oranın ölçülmesi, bilim insanlarına mangnezyumu bir “kronometre” olarak kullanarak galaksi evrimi ve yıldız oluşumunun tarihini takip etme imkanı sunar; tabii ki, Dünya yüzeyinden tespit edilmesi zor olan spektral çizgileri görebiliyorlarsa.
İşte bu araştırmanın devreye girdiği nokta. Araştırmacılar, 1421 farklı mangnezyum enerji seviyesini hesaplamak için güçlü bir bilgisayar sistemine başvurdu ve bunları Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) tarafından korunan mevcut atomik veri tabanlarıyla karşılaştırdı. Daha sonra elektronların mangnezyum atomları ile çarpışabileceğinin 703 farklı yolunu hesapladılar ve bu çarpışmaların ne tür ışık yayacağını belirlediler. Bu verileri, uzaydaki sıcaklıklar ve yoğunluklarla birleştirerek, araştırmacılar astronomların erken evrendeki mangnezyumu ararken karşılaşabilecekleri spektral çizgilerin neler olabileceğini gösteren bir veri seti oluşturdu.
Bu tam zamanında geldi çünkü araştırmada bahsedilen bazı spektral çizgiler kızılötesi ve yakın kızılötesi bölgelerdedir; bu da James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) özellikle iyi tespit edebildiği bölgelerdir. Mangnezyum üzerine toplanan verileri, evrenin erken dönemlerindeki yapıların yaşını ölçmek için kullanılan diğer “kronometrelerle” birleştirmek, bilim insanlarının ölçümlerini doğrulamak için ek bir veri noktası sağlayabilir. Ve giderek daha güçlü yeni teleskoplar zamanın derinliklerine doğru daha da ileriye bakarken, bu yaş ölçme araçları giderek daha önemli hale gelecektir. Bu çabada, görünüşte normal bir elementin spektral çizgilerini araç kutumuzda bulundurmak güzeldir.
Z. Samak, S.N. Nahar & A.K. Pradhan –
Emissivity line ratios for [Mn iii and spectral diagnostics of H ii regions]]
