HD 222925 yıldızı, güney takımyıldızı Tucana’ya doğru yer alan dokuzuncu büyüklükte bir yıldızdır. Kredi: STScI Sayısallaştırılmış Gökyüzü Anketi
Güneşimizin kozmik mahallesinde Samanyolu Galaksi nispeten parlak bir yıldızdır ve içinde gökbilimciler, güneş sistemimizin ötesinde bir yıldızdaki en geniş element yelpazesini henüz tanımlayabildiler.
Michigan Üniversitesi’nden gökbilimci Ian Roederer tarafından yürütülen yeni araştırma çalışması, HD 222925 yıldızında 65 element tanımladı. Tanımlanan elementlerden kırk ikisi, periyodik element tablosunun alt kısmında listelenen ağır elementlerdir.
Bu farklı elementleri tek bir yıldızda tanımlamak, gökbilimcilerin “hızlı nötron yakalama süreci” olarak adlandırılan şeyi veya evrendeki ağır elementlerin yaratıldığı ana yollardan birini anlamalarına yardımcı olacaktır. Sonuçları çevrimiçi olarak yayınlanır ve dergide yayınlanmak üzere kabul edilmiştir. Astrofizik Dergisi Ek Serisi.
“Bildiğim kadarıyla bu, güneş sistemimizin ötesindeki herhangi bir nesne için bir rekor. Ve bu yıldızı bu kadar benzersiz yapan şey, periyodik tablonun alt üçte ikisi boyunca listelenen elementlerin çok yüksek bir nispi oranına sahip olmasıdır. Altın bile tespit ettik” dedi Roederer. “Bu elementler hızlı nötron yakalama işlemiyle yapıldı. Gerçekten incelemeye çalıştığımız şey bu: bu elementlerin nasıl, nerede ve ne zaman yapıldığını anlamada fizik.”
“r-prosesi” olarak da adlandırılan süreç, demir gibi daha hafif elementlerin varlığı ile başlar. Daha sonra, daha hafif elementlerin çekirdeklerine hızla -bir saniye kadar- nötronlar eklenir. Bu, HD 222925’te bulunan ve gökbilimcilere göre yıldızlarda nadiren tespit edilen selenyum, gümüş, tellür, platin, altın ve toryum gibi daha ağır elementler yaratır.
Roederer, “Onları serbest bırakmak ve atomların çekirdeğine eklemek için çok sayıda serbest nötrona ve çok yüksek enerjili koşullara ihtiyacınız var” dedi. “Bunun olabileceği çok fazla ortam yok – iki, belki.”
Bu ortamlardan biri doğrulandı: nötron yıldızlarının birleşmesi. Nötron yıldızları, üstdev yıldızların çökmüş çekirdekleridir ve bilinen en küçük ve en yoğun gök cisimleridir. çarpışması nötron yıldızı çiftler nedenleri yerçekimi dalgaları ve 2017’de gökbilimciler ilk olarak birleşen nötron yıldızlarından kaynaklanan yerçekimi dalgalarını tespit ettiler. R-sürecinin meydana gelmesinin bir başka yolu da, büyük kütleli yıldızların patlayıcı ölümlerinden sonradır.
“Bu ileriye doğru atılmış önemli bir adım: r-sürecinin nerede oluşabileceğini anlamak. Ancak, ‘Bu olay gerçekte ne yaptı?’ demek çok daha büyük bir adım. Orada ne üretildi?” dedi Roederer. “Çalışmamız burada devreye giriyor.”
Roederer ve ekibinin HD 222925’te tanımladığı elementler, evrenin çok erken dönemlerinde ya büyük bir süpernovada ya da nötron yıldızlarının birleşmesinde üretildi. Malzeme fırlatıldı ve uzaya geri atıldı, daha sonra Roederer’in bugün incelemekte olduğu yıldıza dönüştü.
Bu yıldız daha sonra, bu olaylardan birinin üreteceği şey için bir vekil olarak kullanılabilir. Roeder, gelecekte geliştirilen ve r-sürecinin veya doğanın periyodik tablonun alt üçte ikisinde elementleri nasıl ürettiğini gösteren herhangi bir modelin HD 222925 ile aynı imzaya sahip olması gerektiğini söylüyor.
En önemlisi, gökbilimciler bir alet kullandılar. Hubble uzay teleskobu ultraviyole spektrumları toplayabilir. Bu alet, gökbilimcilerin ışık tayfının morötesi kısmında ışığı toplamasına izin vermede kilit rol oynadı – HD 222925 gibi soğuk bir yıldızdan gelen zayıf ışık.
Gökbilimciler ayrıca, ışık spektrumunun optik kısmında HD 222925’ten ışık toplamak için Şili’deki Las Campanas Gözlemevi’nde UM’nin ortak olduğu bir konsorsiyum olan Magellan teleskoplarından birini kullandılar.
Bu tayflar, yıldızların içindeki elementlerin “kimyasal parmak izini” kodlar ve bu tayfları okumak, astronomların sadece yıldızın içerdiği elementleri değil, aynı zamanda yıldızın ne kadar element içerdiğini de belirlemesine olanak tanır.
Anna Frebel, çalışmanın ortak yazarı ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nde fizik profesörüdür. HD 222925’in element bolluğu modelinin genel yorumuna ve kozmostaki elementlerin kökeni hakkındaki anlayışımızı nasıl bilgilendirdiğine yardımcı oldu.
Frebel, “Artık evrenin erken dönemlerinde meydana gelen bazı r-süreç olayının ayrıntılı öğe-eleman çıktısını biliyoruz” dedi. “R-sürecinde neler olduğunu anlamaya çalışan herhangi bir model, bunu yeniden üretebilmelidir.”
Çalışmanın ortak yazarlarının çoğu, r-sürecinin büyük sorularını çözmeye adanmış bir grup astrofizikçi olan R-Process Alliance adlı bir grubun parçasıdır. Bu proje, ekibin temel hedeflerinden birine işaret ediyor: r-süreçte hangi öğelerin ve hangi miktarlarda üretildiğini eşi görülmemiş bir ayrıntı düzeyinde belirlemek.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için, Gökbilimcilerin Samanyolu’ndaki “Altın Standart” Yıldızı Keşfetmesine bakın.
Referans: Ian U. Roederer, James E. Lawler, Elizabeth A. Den, “R-Process Alliance: R-Process-Geliştirilmiş Metal-Zayıf Yıldız HD 222925’in Ultraviyole Spektroskopisinden Türetilen Neredeyse Tam Bir R-Process Bolluk Şablonu” Hartog, Vinicius M. Placco, Rebecca Surman, Timothy C. Beers, Rana Ezzeddine, Anna Frebel, Terese T. Hansen, Kohei Hattori, Erika M. Holmbeck ve Charli M. Sakari, Kabul edildi, Astrofizik Dergi Ek Serisi.
arXiv:2205.03426