Evrenin bebekliğindeki galaksiler ve içindeki yıldızlar, bugün gözlemleyebildiğimiz yıldızlara göre çok daha garip ve farklıymış gibi görünüyor; bu gizemi çözmek isteyen bir grup astronom, Utah Üniversitesi’nde “Çok Metal Yoksulu O Yıldızları Hazinesi” (TEMPOS) adlı bir anket başlattı. Araştırmacılar, Hubble Uzay Teleskobu‘nun Kosmik Kökenler Spektrografı aracılığıyla yakalandığı, gök cisimlerimize nispeten yakın yıldızlardan yayılan ultraviyole ışığı kullanarak, Evren henüz çocukken var olan yıldızların analojilerini inceledi. Bu çalışma, Büyük Patlama‘dan birkaç yüz milyon yıl sonra ilk kez ortaya çıkan devasa “Üçüncü Nüfus” yıldızları için çok daha iyi modeller sunabileceği iddia ediliyor.
Bu anketin liderliğini Utah’ta Fizik Yardımcı Profesörü ve Astronom Grace Telford yürütüyor. Ekibinin anketten elde ettiği veri seti, derin astrofizik çalışmalarında bu yıldızları işaretlemeye yönelik. Anket kapsamına giren ve erken Evren’deki yıldızların nasıl göründüğünü taklit eden bu devasa yıldızlar, kendi galaksilerinin evrimine büyük bir etki sağlıyor.
Dev ve Sıcak Yıldızların Evreni Nasıl Şekillendirdiği
Telford, bu yıldızların çok sıcak, çok parlak ve çok hızlı bir şekilde yanıp kısa ömürlü hayatlarını süpernova patlamalarıyla sonlandırdığını, patlama sırasında çevresindeki gaza çok fazla enerji ve madde bıraktıklarını söyledi. “Bu yıldızlar, gazı ısıtarak ve dolayısıyla soğuyup yeni yıldızlara dönüşecek olan gaza aslında bir düzenleyici görevi üstlenerek ev sahibi galaksilerinin evrimini yönetiyorlar” ifadeleriyle bu sürecin ne kadar kritik olduğunu vurguladı.
Hubble Uzay Teleskobu’nun her zaman üstlendiği temel görevlerden biri, kozmik zamanın mümkün olduğunca geriye giden bir yere bakmaktı. Teleskobun uzak galaksilere yönelik ilk derin alan anketi 1995’e dayanıyor. O dönemde bile teleskobun bulduğu küçük ve uzak galaksiler, bugün gördüklerimizden tam da tamamlanmamış, garip görünüyorlardı. Astronomlar, erken Evren’in oluşum hikâyesini merak ediyordu: Önce yıldızlar mı yoksa galaksiler mi vardı? Buldukları şey, ilk yıldızların muhtemelen bu devasa varlıklar olduğuydu; bebek kozmosun devasa hidrojen bolluğundan oluşmuşlardı. Bu yıldızlar Güneş’ten on kat daha fazla kütleye sahipti ve parlak, sıcak ve hızlı yanma davranışları, Güneş gibi yıldızlara göre (Güneş bir Birinci Nüfus yıldızıdır) çok daha kısa bir ömre sahip olduklarını gösteriyordu.
Metal Yoksulu Yıldızların Gizemi
Bu ilk yıldızlar, astronomların “metal yoksulu” olarak adlandırdıkları bir kategoriye giriyordu. Söz konusu yıldızlar esas olarak hidrojen ve helyumdan oluşuyordu. Karbon, oksijen, azot ve benzeri hidrojen ve helyumdan daha ağır olan elementler “metal” olarak adlandırılır. Dolayısıyla metal yoksulu bir yıldızın büyük kısmı hidrojenden oluşur ve bu erken yıldızlar tam da bu tanıma uyar.
Çoğu yıldız gibi bu yıldızlar da hidrojeni helyuma, ardından helyumu daha ağır metallerin hepsine, demire kadar dönüştürürdü. Demirin oluştuğu bu yıldız ocaklarında üretilen elementler, devasa ve yıkıcı süpernova patlamalarıyla öldüklerinde yıldızlararası ortama saçılırdı. Hidrojen ve bu yıldızlardan oluşan Evren’in en eski galaksileri de metal yoksundu. Yıldızları uzaya artıklarını saçtıkça bu durum değişti. Erken dönemdeki bu garip ve devasa yıldızları incelemek, en eski galaksilerdeki koşullar hakkında çok özel bir bakış açısı sunuyor. Telford’a göre modern dönemdeki devasa yıldızlar, antik koşullar için aynı “hissiyatı” vermiyor. Bu yüzden erken Evren’in analojisi olan galaksilerde metal yoksulu yıldızlar aramak önemliydi. “Demir içeriği düşük devasa yıldızlar, erken galaksilerin doğru modellerini kurmak için özellikle önemlidir” diyen Telford, “Sadece Süt İyini’deki metal açısından zengin devasa yıldızların nasıl davrandığını inceleyerek bu gözlemleri yorumlayamayız” uyarısında bulundu.
TEMPOS ve Galaksiler
TEMPOS kataloğu, Süt İyisi’nden çok daha eski galaksiler gibi görünen yakın, düşük kütleli cüce galaksilere bakışı içeriyor. Süt İyisi (ve Güneş) kesinlikle metal yoksulu değil; bu yüzden ekibin cevapları galaksimiz dışında araması bu nedenle gerçekleşti. TEMPOS araştırması, Güneş’ten çok daha düşük metalikliğe sahip galaksilerdeki 29 devasa ve metal yoksulu yıldız üzerine odaklandı. Bu yıldızlardan gelen ultraviyole spektrumları, metal içeriklerini ve yıldız rüzgârlarının özelliklerini ortaya koydu. Bu rüzgârlar, Güneşimiz için güneş rüzgârının yaptığı gibi yıldızlardan malzeme uzaklaştırıyor.
Devasa yıldızlardan gelen rüzgârlar, bu nesnelerin ölümünden önce uzaya kütle kaybetmenin en önemli yolu. Metaliklik, metal iyonlarının yıldızın radyasyonunu kaybettiği malzemeyle birleştirmesi yoluyla bu rüzgârların ne kadar güçlü olacağını belirliyor. Genel olarak bu yıldızlar için metaliklik ne kadar düşükse rüzgârlar o kadar zayıf oluyor; bu da yıldız rüzgârları yoluyla ömürleri boyunca daha az kütle kaybettikleri anlamına geliyor. TEMPOS verileri bu özellikleri yansıtıyor. Metalikliği en düşük olan yıldızların rüzgâr hızları çok keskin biçimde düşmüş. Bu yıldızlar ömürleri boyunca (süpernova olarak patlamadan önce) daha az kütle kaybediyorsa, evrimleri ve nihayetinde ölümeleri, ev sahibi galaksilerin nasıl evrildiğine katkı sağlıyor.
Bu bağlamda demir gibi bir element, yıldız rüzgârlarında özel bir rol oynuyor. Demir, yalnızca en devasa yıldızların çekirdeklerinde oluşabiliyor; süpernova patlamalarıyla ölenler bunlar. Metal yoksulu bölgelerde demir oldukça nadir, ancak astronomların bir galakside ne kadarının bulunduğunu bilmek istemesi önemli. Ekibin Hubble COS ile çekilen ultraviyole spektrumlarında demir emilim özelliklerini tespit etti. Bu sonuç ilgi çekici ve daha fazla çalışma ve veri gerektirecek nitelikte. Temel olarak, yüksek metalikliğe sahip galaksilerdeki devasa yıldızların, metal yoksulu galaksilerdeki yıldızlara göre daha güçlü demir sinyallerine sahip olduklarını buldular. Bu sonuç, daha uzak erken galaksilerde de geçerli olursa, erken dönemdeki metal yoksulu yıldızların hâlâ bir dizi demir bolluğu gösterebileceği mümkün. Bu durum, astronomlara demir miktarıyla birlikte devasa yıldız fiziğinin nasıl çalıştığını ve bebek Evren’in çok düşük metalikliğe sahip bölgelerinde bile nasıl değiştiğini anlatacak.
Gelecek Gözlemlere Katkı
TEMPOS çalışması, James Webb Uzay Teleskobu’nun erken kozmos gözlemlerine anında katkı sağlıyor. Webb, gözlemlenebilir Evren’in bazı en erken dönemlerine bakışımızı genişletiyor ve doğrusal olarak, doğan ilk yıldızlara dair iyi görüntüler elde etme eşiğine gelmiş olabilir. Anketten elde edilen veriler, Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nün Uzay Teleskopları için Mikulski Arşivi üzerinden kamuoyuna açık bir biçimde sunuluyor.
Telford’un ekibi, anketin yakaladığı bu metal yoksulu yıldızları, Evren’in çocukluğundaki yıldızların analogu olarak işaretleyerek derin astrofizik çalışmalarına katkıda bulunmayı hedefliyor. Anket kapsamına giren bu devasa yıldızların, ev sahibi galaksilerinin evrimine büyük bir etki sağladığı ve bu yıldızların çok sıcak, parlak ve hızlı yanarak kısa ömürlü hayatlarını süpernova patlamalarıyla sonlandırdığı göz önüne alındığında, erken Evren’in oluşumunu anlamak için bu çalışmaların önemi giderek artıyor.
