Bu sanatçının izlenimi, Büyük Patlama’dan sadece 100 milyon yıl sonra ortaya çıkacakları gibi, Popülasyon III yıldızlarından oluşan bir alanı gösteriyor. Gökbilimciler, şimdiye kadar tespit edilen en uzak kuasarlardan birini çevreleyen bulutlardaki antik kimyasal kalıntılarının ilk işaretlerini keşfetmiş olabilirler. Kredi: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Uzay Motoru
Bir “süper-süpernova” patlamasında ölen birinci nesil bir yıldızın kanıtı, Gemini’nin çok uzaktaki bir kuasar gözlemiyle keşfedildi.
Evreni aydınlatan ilk yıldızların antik kimyasal kalıntıları gökbilimciler tarafından bulunmuş olabilir. Araştırmacılar, kendi görüşlerine göre, 8.1 tarafından gözlemlenen uzak bir kuasarın yenilikçi bir analizini kullanarak, 300 güneş kütleli birinci nesil bir yıldızın her şeyi tüketen patlamasının ürettiği enkazdan gelebilecek olağandışı bir element oranı keşfettiler. Ulusal Bilim Vakfı’nın NOIRLab’ı tarafından işletilen Hawaii’deki İkizler Kuzey teleskobu.
En eski yıldızlar büyük olasılıkla Evren ancak 100 milyon yaşında veya şimdiki yaşının yüzde birinden daha azken oluştu. Popülasyon III olarak bilinen bu ilk yıldızlar o kadar devasaydı ki, süpernova olarak öldüklerinde, yıldızlararası uzayda benzersiz bir ağır element karışımını yayarak kendilerini parçaladılar. Bununla birlikte, gökbilimcilerin uzun yıllar boyunca dikkatli araştırmalarına rağmen, şimdiye kadar bu eski yıldızlara dair kesin bir kanıt bulunamadı.
Gökbilimciler, Uluslararası İkizler Gözlemevi’ni oluşturan iki özdeş teleskoptan biri olan Gemini Kuzey teleskopunu kullanarak bilinen en uzak kuasarlardan birini inceledikten sonra birinci nesil bir yıldızın patlamasının kalıntılarını keşfettiklerine inanıyorlar. Kuasar çevresindeki bulutlarda bulunan kimyasal elementleri belirlemek için yenilikçi bir yöntem kullanarak çok sıra dışı bir bileşim keşfettiler – bu elementlerin Güneşimizde görülen oranına kıyasla magnezyumdan yaklaşık 10 kat daha fazla demir içeriyordu.
Gökbilimcilerin Evreni aydınlatan ilk yıldızların antik kimyasal kalıntılarını nasıl keşfettiklerinin adım adım hikayesi. Kredi: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva/Uzay Motoru
Bilim adamları, bu çarpıcı özelliğin en olası açıklamasının, malzemenin bir çift-kararsızlık süpernovası olarak patlayan birinci nesil bir yıldız tarafından geride bırakılması olduğuna inanıyor. Süpernova patlamalarının bu olağanüstü güçlü versiyonlarına hiçbir zaman tanık olunmadı, ancak kütleleri Güneş’in 150 ila 250 katı arasında olan devasa yıldızların yaşamının sonu olduğu kuramsallaştırıldı.
Çift-kararsız süpernova patlamaları, bir yıldızın merkezindeki fotonlar kendiliğinden elektronlara ve pozitronlara dönüştüğünde meydana gelir – elektronun pozitif yüklü antimadde karşılığı. Bu dönüşüm, yıldızın içindeki radyasyon basıncını azaltır, yerçekiminin üstesinden gelmesine izin verir ve çökmeye ve ardından patlamaya yol açar.
Diğer süpernovalardan farklı olarak, bu dramatik olaylar, örneğin bir yıldız gibi hiçbir yıldız kalıntısı bırakmaz.[{” attribute=””>neutron star or a black hole, and instead eject all their material into their surroundings. There are only two ways to find evidence of them. The first is to catch a pair-instability supernova as it happens, which is a highly unlikely happenstance. The other way is to identify their chemical signature from the material they eject into interstellar space.
Gökbilimciler, Evreni aydınlatan ilk yıldızların antik kimyasal kalıntılarını keşfetmiş olabilir. Bilim adamları, NSF’nin NOIRLab’ı tarafından işletilen, Hawaii’deki 8.1 metrelik Gemini North teleskopu tarafından gözlemlenen uzak bir kuasarın yenilikçi bir analizini kullanarak, olağandışı bir element oranı buldular; 300 güneş kütleli birinci nesil bir yıldızın tüketen patlaması. Kredi: Görüntüler ve Videolar: PROGRAM/NOIRLab/NSF/AURA, S. Brunier/Digitized Sky Survey 2, E. Slawik, J. Pollard Görüntü İşleme: TA Rektörü (Alaska Üniversitesi Anchorage/NSF’s NOIRLab), M. Zamani (NSF’s NOIRLab) & D. de Martin (NSF’nin NOIRLab’ı) Müzik: Stellardrone – Airglow
Gökbilimciler araştırmaları için Gemini Yakın Kızılötesi Spektrografını (GNIRS) kullanarak 8.1 metrelik Gemini Kuzey teleskopu tarafından alınan önceki bir gözlemin sonuçlarını incelediler. Bir spektrograf, gök cisimleri tarafından yayılan ışığı, nesnelerin içerdiği elementler hakkında bilgi taşıyan kurucu dalga boylarına böler. Gemini, bu tür gözlemleri yapmak için uygun donanıma sahip, kendi boyutundaki birkaç teleskoptan biridir.
Bununla birlikte, mevcut her bir elementin miktarlarını çıkarmak zor bir iştir, çünkü bir spektrumdaki bir çizginin parlaklığı, elementin bolluğunun yanı sıra birçok başka faktöre de bağlıdır.
Analizin iki ortak yazarı, Tokyo Üniversitesi’nden Yuzuru Yoshii ve Hiroaki Sameshima, orada bulunan elementlerin bolluğunu tahmin etmek için bir kuasar spektrumunda dalga boylarının yoğunluğunu kullanan bir yöntem geliştirerek bu sorunu çözdüler. Kuasarın spektrumunu analiz etmek için bu yöntemi kullanarak, onlar ve meslektaşları, göze çarpan düşük magnezyum-demir oranını keşfettiler.
Yoshii, “Bunun için süpernova adayının, tüm yıldızın geride herhangi bir kalıntı bırakmadan patladığı bir Popülasyon III yıldızının bir çift-kararsız süpernovası olacağı benim için açıktı” dedi. “Güneş’in yaklaşık 300 katı kütleye sahip bir yıldızın çift-kararsız süpernovasının, kuasar için elde ettiğimiz düşük değerle uyumlu bir magnezyum demir oranı sağladığını bulmaktan çok memnun oldum ve biraz şaşırdım.”
Bir önceki nesil yüksek kütleli Popülasyon III yıldızları için kimyasal kanıt aramaları, daha önce Evren’in halesindeki yıldızlar arasında gerçekleştirilmişti. Samanyolu ve en az bir geçici tanımlama 2014’te sunuldu. Bununla birlikte, Yoshii ve meslektaşları, yeni sonucun, bu kuasarda sunulan son derece düşük magnezyum-demir bolluğu oranına dayanan bir çift-kararsızlık süpernovasının en net imzasını sağladığını düşünüyor.
Eğer bu gerçekten ilk yıldızlardan birinin ve bir çift-kararsız süpernova kalıntılarının kanıtıysa, bu keşif, biz de dahil olmak üzere Evrendeki maddenin nasıl bugünkü haline geldiğine dair resmimizi doldurmaya yardımcı olacaktır. Bu yorumu daha kapsamlı bir şekilde test etmek için, diğer nesnelerin benzer özelliklere sahip olup olmadığını görmek için çok daha fazla gözlem gereklidir.
Ama belki eve daha yakın kimyasal izleri de bulabiliriz. Yüksek kütleli Popülasyon III yıldızlarının hepsi uzun zaman önce yok olmuş olsa da, fırlatılan malzemelerinde arkalarında bıraktıkları kimyasal parmak izleri çok daha uzun süre dayanabilir ve bugün hala oyalanabilir. Bu, gökbilimcilerin, yerel Evrenimizdeki nesnelere hala damgalanmış uzun süredir devam eden yıldızların çift-kararsız süpernova patlamalarının imzalarını bulabilecekleri anlamına geliyor.
“Artık ne arayacağımızı biliyoruz; bir yolumuz var, ”dedi Notre Dame Üniversitesi’nde bir astronom olan ortak yazar Timothy Beers. “Bu, Evren’in çok erken dönemlerinde yerel olarak gerçekleşmişse, ki bunu yapması gerekirdi, o zaman bunun için kanıt bulmayı beklerdik.”
Referans: Yuzuru Yoshii, Hiroaki Sameshima, Takuji Tsujimoto, Toshikazu Shigeyama, Timothy C. Beers ve Bruce A. Peterson tarafından “En Uzak Kuasarın BLR Gazında Popülasyon III Çift Kararsızlık Süpernova Ejektasının Potansiyel İmzası z = 7.54*” , 28 Eylül 2022, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/ac8163
Çalışma Ulusal Bilim Vakfı tarafından finanse edildi.