İlk nesil yıldızlar, hidrojen ve helyum gibi basit elementleri çekirdekleri içinde daha karmaşık olanlara dönüştürerek evreni kökten değiştirdiler ve bu elementleri ölümleri üzerine uzaya dağıttılar; bu elementler artık Dünya’nın ve canlıların bir parçası. Yakın zamanda bilim insanları, Samanyolu’nun ötesindeki galaksilerde erken element oluşum süreçlerine dair benzersiz içgörüler sunan başka bir galaksiden ikinci nesil bir yıldız keşfettiler.
Büyük Macellan Bulutu’ndaki yıldızlar, evrenin elementlerinin kökeni hakkında yeni ipuçları ortaya çıkardı.
Evren, ilk nesil yıldızlar tarafından sonsuza dek değiştirildi. Çekirdeklerinde, temel hidrojen ve helyum çeşitli elementlere kaynaştı. Bu yıldızlar sonlarına ulaştığında patladılar ve bu yeni elementleri kozmosa dağıttılar. Damarlarınızdaki demir, dişlerinizdeki kalsiyum ve düşüncelerinize güç veren sodyum, hepsi uzun zaman önce ölmüş bir yıldızın kalbinde doğdu.
Henüz bu ilk nesil yıldızlardan birini bulamadılar, ancak bilim insanları benzersiz bir buluşa imza attıklarını duyurdular: Bizimkinden farklı bir galakside oluşmuş, ikinci nesil bir yıldız.
“Bu yıldız, bizimkinden başka galaksilerdeki çok erken element oluşum sürecine dair eşsiz bir pencere sunuyor,” diyor Chicago Üniversitesi’nde doktora sonrası araştırmacı ve bulguları duyuran bir makalenin ilk yazarı olan Anirudh Chiti. “İlk yıldızlar tarafından kimyasal olarak zenginleştirilen bu yıldızların, Samanyolu“Ancak bu imzalardan bazılarının benzersiz olup olmadığını veya olayların diğer galaksilerde de benzer şekilde gerçekleşip gerçekleşmediğini henüz bilmiyoruz.”
Makale yakın zamanda şu şekilde yayınlandı: Doğa Astronomi.
‘Samanlıklardan iğne çıkarmak’
Chiti, yıldız arkeolojisi adı verilen şeyde uzmanlaşmıştır: En erken nesil yıldızların evreni nasıl değiştirdiğini yeniden yapılandırmak. Chiti, “Bu ilk yıldızların özelliklerinin ne olduğunu ve ürettikleri elementlerin ne olduğunu anlamak istiyoruz” dedi.
Ancak henüz hiç kimse, evrende kalmışsa bile, bu ilk nesil yıldızları doğrudan görmeyi başaramadı. Bunun yerine, Chiti ve meslektaşları, o ilk neslin küllerinden oluşan yıldızları arıyorlar.
Milyarlarca yıl önce bizimkine düşen bir galaksi olan Büyük Macellan Bulutu, evrenin diğer bölgelerde nasıl evrimleştiğini ortaya çıkarmaya yardımcı olabilir. Yukarıda, Bulutun kızılötesi ışıkta çekilmiş görüntüleri. Kaynak: NASA/JPL
Bu zor bir iş çünkü ikinci nesil yıldızlar bile artık inanılmaz derecede eski ve nadir. Evrendeki yıldızların çoğu, kendi güneşimiz de dahil olmak üzere, on binlerce neslin sonucudur ve her seferinde daha fazla ağır element oluştururlar. “Belki de Samanyolu’ndaki 100.000 yıldızdan 1’inden azı bu ikinci nesil yıldızlardan biridir,” dedi. “Gerçekten samanlıklardan iğne çıkarıyorsunuz.”
Ancak evrenin geçmişte nasıl göründüğüne dair anlık görüntüler elde etmek buna değer. “Dış katmanlarında, bu yıldızlar oluştukları yerin yakınındaki elementleri korur,” diye açıkladı. “Çok eski bir yıldız bulup kimyasal bileşimini elde edebilirseniz, o yıldızın milyarlarca yıl önce oluştuğu yerde evrenin kimyasal bileşiminin nasıl olduğunu anlayabilirsiniz.”
İlgi çekici bir tuhaflık
Chiti ve meslektaşları bu çalışma için teleskoplarını alışılmadık bir hedefe, Büyük Macellan Bulutu’nu oluşturan yıldızlara çevirdiler.
Büyük Macellan Bulutu, Güney Yarımküre’de çıplak gözle görülebilen parlak bir yıldız şerididir. Şimdi, sadece birkaç milyar yıl önce Samanyolu’nun yerçekimi tarafından yakalanan ayrı bir galaksi olduğunu düşünüyoruz. Bu onu özellikle ilginç kılıyor çünkü en eski yıldızları Samanyolu’nun dışında oluşmuştu ve astronomlara erken evrendeki koşulların aynı mı yoksa başka yerlerde farklı mı göründüğünü öğrenme şansı veriyordu.
Bilim insanlarının antik yıldızların element profilini haritalamak için kullandığı Şili’deki Las Campanas Gözlemevi’ndeki Magellan Teleskopları. Kaynak: Carnegie Bilim Enstitüsü
Bilim insanları Büyük Macellan Bulutu’ndaki bu özellikle eski yıldızlara dair kanıtlar aradılar ve bunlardan onunu katalogladılar, ilk olarak Avrupa Uzay Ajansı‘S Gaia uydu ve ardından Şili’deki Magellan Teleskobu ile.
Bu yıldızlardan biri hemen bir tuhaflık olarak göze çarptı. Büyük Macellan Bulutu’nda şimdiye kadar görülen diğer tüm yıldızlardan çok daha az ağır element içeriyordu. Bu, muhtemelen ilk nesil yıldızların ardından oluştuğu anlamına geliyor—bu yüzden tekrarlanan yıldız doğumları ve ölümleri boyunca henüz daha ağır elementler oluşturmamıştı.
Elementlerini haritalayan bilim insanları, Samanyolu yıldızlarında gördüğümüz elementlerle karşılaştırıldığında, demirden çok daha az karbon içerdiğini görünce şaşırdılar.
“Bu çok ilgi çekiciydi ve Samanyolu’nda gördüğümüz gibi, belki de en erken jenerasyondaki karbon artışının evrensel olmadığını gösteriyor,” dedi Chiti. “Daha fazla çalışma yapmamız gerekecek, ancak bu, yerden yere farklılıklar olduğunu gösteriyor.
“Farklı ortamlarda erken element zenginleştirme sürecinin nasıl göründüğüne dair resmi doldurduğumuzu düşünüyorum” dedi.
Bulguları ayrıca Büyük Macellan Bulutu’nun Samanyolu’na kıyasla erken dönemde çok daha az yıldız ürettiğini öne süren diğer çalışmaları da doğruladı.
Chiti şu anda güney gökyüzünün büyük bir bölümünü haritalamak ve mümkün olan en erken yıldızları bulmak için bir görüntüleme programına öncülük ediyor. “Bu keşif, yakından bakarsak Büyük Macellan Bulutu’nda bu yıldızlardan birçoğunun olması gerektiğini gösteriyor,” dedi. “Büyük Macellan Bulutu’nun yıldız arkeolojisini açmak ve ilk yıldızların evreni farklı bölgelerde kimyasal olarak nasıl zenginleştirdiğini bu kadar ayrıntılı bir şekilde haritalayabilmek gerçekten heyecan verici.”
Referans: Anirudh Chiti, Mohammad Mardini, Guilherme Limberg, Anna Frebel, Alexander P. Ji, Henrique Reggiani, Peter Ferguson, Hillary Diane Andales, Kaley Brauer, Ting S. Li ve Joshua D. Simon tarafından yazılan “Büyük Macellan Bulutu’ndaki ekstragalaktik ilk yıldızlarla zenginleştirme”, 20 Mart 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02223-w