JWST, yıldızlar arası su buzunun yapısına ışık tutuyor

James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullanan, MPE’den Paola Caselli, Barbara Michela Giuliano ve Basile Husquinet’in de aralarında bulunduğu bir araştırmacı ekibi, yoğun bulut çekirdeklerinin derinliklerine inerek daha önce gözlemlenemeyen yıldızlararası buzun ayrıntılarını ortaya çıkardı. Çalışma, yayınlanan dergide Doğa Astronomibulutun arkasındaki yüzlerce yıldıza doğru spektroskopik çizgileri ölçmek için JWST’nin NIRCam’ını kullanarak Chamaeleon I bölgesine odaklanıyor.

İlk kez, ‘sarkan OH’ olarak bilinen zayıf spektroskopik özellikler tespit edildi ve bu, su moleküllerinin buzda tam olarak bağlı olmadığını gösteriyor. Bu özellikler, buzlu tanelerin gözenekliliğini ve moleküler bulutlardan protoplanetary disklere evrimleşirkenki değişimini izleyebilir. Bu keşif, buz tanesi yapısı ve gezegen oluşumundaki rolü hakkındaki anlayışımızı geliştiriyor.

JWST’nin benzeri görülmemiş hassasiyeti sayesinde, sönme oranının o kadar yüksek olduğu ve önceki gözlemevlerinin ulaşamadığı yoğun bulut çekirdeklerinin derinliklerindeki buzları inceleyebiliyoruz.

Bu görüş hatları, moleküler bulutlardaki toz taneciklerinin yüzeylerinde buzların ilk oluşumu ile buzlu gezegenciklere doğru agregasyon arasındaki eksik halkadır; bu, yeni bir yıldızı çevreleyen protoplaneter diskte meydana gelen ve henüz çok az anlaşılmış bir süreçtir. Yıldızların doğum yerlerine derinlemesine bakmak, buzlu taneciklerin bu modifikasyonlarına dair yeni ipuçları verecektir.

Samanyolu’nda bize yakın yoğun bir bulut bölgesi olan Chamaeleon I bölgesini hedefleyen Buzul Çağı programında, bulutun en yoğun kısmının JWST’nin NIRCam cihazıyla gözlemlenmesi, bulutun arkasındaki yüzlerce yıldıza doğru görüş hatlarının eş zamanlı spektroskopik ölçümlerinin yapılmasına olanak sağladı.

Bu yıldızların yaydığı ışık, JWST’nin büyük aynası tarafından yakalanmadan ve tespit edilmeden önce bulutu geçerken buzlu taneciklerle etkileşime girer. Şimdiye kadar, buzdaki başlıca türlerle, yani su, karbondioksit, karbon monoksit, metanol ve amonyak ile bağlantılı olan başlıca, yoğun emilim özelliklerini ölçebildik.

Teleskopun aynasının büyük boyutu sayesinde artık çok daha zayıf özellikleri ölçebiliyoruz. Zayıf spektroskopik özelliklerin konumları ve profillerinin derinlemesine incelenmesi, nesnenin bazı fiziksel koşullarını ortaya koyuyor. Burada, buzdaki su moleküllerinin yalnızca küçük bir kısmına bağlı olan belirli bir çok zayıf bant kümesinin ilk tespitini yaptık.

Laboratuvar astrofizikçileri tarafından onlarca yıldır laboratuvar buzlarında ölçümleri yapılan ve ‘sarkan OH’ olarak adlandırılan spektroskopik özellikler, buza tam olarak bağlı olmayan su moleküllerine karşılık geliyor ve buzlu tanecikler içindeki yüzeyleri ve arayüzleri izleyebiliyor veya su buzdaki diğer moleküler türlerle sıkı bir şekilde karıştığında ortaya çıkabiliyor.

‘Sarkan OH’ özellikleri, yerden erişilemeyen bir spektral bölgede yer alıyor ve bu nedenle, 1990’lardan beri aktif olarak aranıyor olsalar da, bu spektral aralığı kapsayan önceki uzay gözlemevleri, bunları tespit etmek için gereken spektral çözünürlük ve hassasiyet kombinasyonundan yoksundu ve yalnızca üst sınırlar sağlıyordu.

Şimdi JWST çağında, bu imzaları gezegen oluşumuna giden yolculukta buzlu tanecik değişimini izlemek için kullanabiliriz. Uzun zamandır, eğer tespit edilirlerse, bu imzaların buzların gözenekliliğini izlemek için kullanılabileceği öngörülüyordu, yani varlıkları yüksek gözenekliliğe sahip ‘tüylü’ tanecikleri işaret ederken, yoklukları sıkışma ve kümelenmeyi işaret edecekti.

Bu basit yorum hala tartışılıyor olsa da, bu imzaların başarılı bir şekilde tespiti artık bunları yıldız oluşumu süreci boyunca farklı ortamlarda ve farklı zamanlarda arayabileceğimiz ve bunların farklı koşullar altında buzun nasıl evrimleştiğinin bir izleyicisi olarak kullanılıp kullanılamayacağını belirleyebileceğimiz anlamına geliyor.

Yazarlardan Barbara Michela Giuliano, “Buz mantolarındaki su sarkan bağ özelliğinin tespiti, JWST verilerini yorumlamada laboratuvar astrofiziğinin önemini ortaya koyuyor” diyor.

“Gözlemlenen buzların fiziksel özellikleriyle ilgili ayrıntılı bilgiler, yıldızlararası ortamın ve protoplaneter disklerin yoğun bölgelerinde gözlenen spektral özellikleri çözmek için laboratuvardan hâlâ kapsamlı destek gerektiriyor. CAS’ta böyle bir destek sağlamaktan mutluluk duyuyoruz,” diye ekliyor.

“JWST’nin yüksek hassasiyeti, laboratuvar astrofiziğindeki etkileyici ilerlemelerle bir araya geldiğinde, nihayet yıldızlararası buzların fiziksel yapısını ve kimyasal bileşimini ayrıntılı bir şekilde incelememize olanak sağlıyor,” diyor doktora öğrencisi Basile Husquinet ile birlikte makaleye katkıda bulunan Paola Caselli.

“Bu, yıldızlararası bulutlardan protoplaneter disklere ve bizimki gibi yıldız sistemlerine kadar astrokimyasal tarihimizi yeniden yapılandırmak için gereken kimyasal/dinamik modelleme üzerinde sıkı kısıtlamalar sağlamak için çok önemlidir. Bu çabanın bir parçası olmak heyecan verici.”

Bu çalışma, bulut içerisinde potansiyel olarak ‘kabarık’ buzlu taneciklerin bulunduğunu, bu bölgelerde oluşabilecek kimyayı ve dolayısıyla oluşabilecek kimyasal karmaşıklık derecesini etkilediğini gösteriyor.

Keşif, gezegen oluşumunu incelemek için de yeni bir pencere açıyor; çünkü nihayetinde bu spektral özellikler, buzların mekansal dağılımı ve değişimi ile moleküler bulutlardan gezegen öncesi disklere ve gezegenlere olan yolculuklarında nasıl evrimleştikleri hakkında bir fikir edinmemizi sağlıyor.