Yalnız Yıldızların Çağlarını Jirokronolojiyle Çözmek

Dönmeye dayalı yıldız yaşlarını tahmin etmeye yönelik bir teknik olan Gyrochronology, küme yıldızlarından alan yıldızlarına kadar genişletilerek tutarlı yaşlanma modellerini ortaya çıkardı ve yıldız yaşı belirleme kapsamını genişletti.

Leibniz Potsdam Astrofizik Enstitüsü (AIP) ve Boston Üniversitesi’ndeki bilim insanları, yıldız kümelerindeki yıldızların dönüş hızları ile alan yıldızları olarak adlandırılan dış yıldızlar arasında başarılı bir bağlantı kurarak bu yıldızların yaşlarının türetilmesini sağladı. Sonuçlar, jirokronoloji yönteminin yalnızca küme yıldızlarına değil, alan yıldızlarına da uygulanabileceğini ve böylece çok daha fazla yıldızın yaşının belirlenebileceğini gösteriyor.

Gyrochronology: Yıldızları Tarihlendirmek İçin Bir Araç

Bir yıldız kaç yaşındadır? Bu zor bir sorudur ve bir yıldız kümesinde bulunan bir yıldız için yanıtlamak daha kolaydır. Bunun nedeni, bir yıldız kümesindeki tüm yıldızların – boyutları ne olursa olsun – aynı kökene ve dolayısıyla aynı yaşta olmalarıdır. Bir kümedeki yıldızların kolektif özelliklerini ve mevcut evrim aşamalarını inceleyerek, onların yaşları hakkında iyi bir tahmin elde edilebilir.

Araştırmacılar şimdi tek tek yıldızların yaşlarının belirlenmesine olanak tanıyan yeni jirokronoloji alanını araştırıyorlar. Bir yıldızın dönüşü ile rengi ve yaşı arasında ilişki kurar.

Bir yıldızın kendi ekseni etrafında dönme süresi, parlaklığının gözlemlenmesiyle belirlenebilir: Birçok yıldızın yüzeyinde, Güneş’in güneş lekelerine benzer şekilde koyu lekeler bulunur. Bir yıldız döndüğünde ve bir yıldız lekesi gözlemcinin görüş alanına girdiğinde, yıldızın parlaklığı küçük bir miktar azalır.

Yıldız ışığının yoğunluğundaki bu küçük düşüşleri ölçerek ve bunlar tekrarlandığında, örneğin burada kullanıldığı gibi Kepler uydusundan alınan verilerle, bir yıldızın dönüş periyodu ölçülebilir.

Kepler teleskopu tarafından alınan tam çerçeve görüntülerin bu birleşiminde, örnekteki bazı geniş ikili dosyaların konumları sarı ve kırmızı renkle çizilmiştir. Kırmızı noktalar güneş çağında olduğu tespit edilen sistemleri gösterir. Bunlardan dördü yakınlaştırılmış olarak gösteriliyor ve geniş ikililere ait iki yıldız çevrelenmiş durumda. Sarı noktalar diğer (fakat artık bilinen) çağlara ait sistemleri işaret ediyor. Katkıda bulunanlar: AIP/ David Gruner, NASA (Kepler FFI) ve ESO (yakınlaştırılmış)

Yıldız Kümelerinde Dönme Evrimi

Kümelerdeki düşük kütleli cüce yıldızlar üzerinde yapılan araştırmalar, yıldızların yaşlandıkça giderek daha yavaş döndüğünü göstermiştir. Yıldızların dönüş periyotlarını renklerine göre bir diyagramda çizdiğimizde karakteristik bir model ortaya çıkıyor: Küme yıldızları, toplu olarak dönme evriminin bir iskeletini tanımlayan eğriler oluşturuyor; iskeletin her bir kaburgası belirli bir yaştaki bir kümeye karşılık geliyor ve yıldız kümeleri belirli bir yaştaki bir kümeye karşılık geliyor. ileri yaşlar art arda yüksek kaburgaları tanımlar. Böylece her bir kaburga eşit yaşta bir eğri olur. Diyagramda bir küme yıldızı çizilerek yaşı bu çizgiler kullanılarak elde edilebilir. Ancak bu yöntem yıldız kümeleri temel alınarak geliştirildiğinden, bu yaş belirleme yönteminin kümelerin dışında bulunan ve Galaksimizin yıldızlarının ezici çoğunluğunu oluşturan yıldızlar için de işe yarayıp yaramayacağı şu ana kadar netlik kazanmamıştı.

Field Stars’a Başvuru

Son çalışmaların devreye girdiği yer burasıdır. Yazarlar 300’den fazla geniş ikili yıldızdan oluşan bir örnekle çalıştı. Bunlar, birbirinin etrafında dönen ve birbirlerinden etkileşime girmeyecek ve dolayısıyla normal dönme evrimlerini bozmayacak kadar uzakta olan iki yıldızdan oluşan sistemlerdir. Geniş ikili yıldızlar alan yıldızlarıdır ancak ortak kökenleri, küme yıldızları için de kullanılan bir varsayıma izin verir: aynı yaşta olmaları. Bu, eğer alan yıldızları aslında küme yıldızlarıyla aynı şekilde evrimleşiyorsa, geniş bir ikili yıldızın iki yıldızının, küme iskeletine yerleştirildiğinde tutarlı bir resim sağlaması gerektiği anlamına gelir. Başka bir deyişle, eğer geniş bir ikili yıldız kümesinin bir yıldızı belirli bir kümenin dönme kaburgasında yer alıyorsa, diğeri de aynı kaburga üzerinde mi bulunur? Araştırmanın yazarları durumun kesinlikle böyle olduğunu buldu.

Gyrochronology’nin Güvenilirliği Onaylandı

Aslında yazarlar, incelenen ikili yıldızları, her biri uygun yaşta karşılık gelen bir kümeyle ilişkilendirilen bir dizi alt gruba ayırabileceklerini buldular. Çalışmanın baş yazarı ve AIP’de Stellar Activity grubundan doktora öğrencisi olan David Gruner şunları söylüyor: “Geniş ikili sistemlerimizin tamamının küme iskeletiyle karşılaştırmaya başladığımızda ne kadar iyi yerine oturduğunu görmek şaşırtıcıydı. Çok farklı kütlelere sahip yıldızlara sahip sistemler bile, diyagramdaki konumlarında, kümelerden neredeyse ayırt edilemeyecek kadar dikkate değer bir tutarlılık gösterdi.

Küme kaburgalarının üzerinde yer alan birkaç yıldızın, bugüne kadar ölçülen kümelerden daha yaşlı olduğu varsayılabilir. Ayrıca yazarlar, incelenen sistemlerin büyük çoğunluğu için bir bileşenin dönme yaşının diğer bileşenin dönme yaşıyla eşleştiğini gösterdi. Geniş ikili örnek, hem gökyüzündeki dağılımı hem de metal içeriği gibi diğer yıldız özellikleri açısından çok çeşitli olduğundan, sonuç, jirokronolojinin alan yıldızları için muhtemelen güvenilir bir şekilde kullanılabileceğini ima ediyor.

Gelecekteki Araştırmalar İçin Çıkarımlar

AIP’deki Stellar Activity grubunun başkanı Dr. Sydney Barnes şunları ekliyor: “Bu çalışma, gelecekte çok daha fazla sayıda alan yıldızı için güvenilir yaşların, dönüş hızlarından elde edilebileceğine dair bir güvence ölçüsü sağlıyor.” Bu sonuç, yalnızca gezegen barındıran çok sayıda yıldızı keşfetmeyi değil, aynı zamanda dış gezegenlerin evrimsel tarihine ilk bakışları sağlayarak yaşlarını da belirlemeyi amaçlayan PLATO uydu misyonu için önem taşıyacak.

Referans: D. Gruner, SA Barnes ve KA Janes, 20 Temmuz 2023, “Geniş ikili dosyalar, açık küme ve alan yıldızları arasındaki dönme evriminin tutarlılığını göstermektedir”, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202346590