Gaia misyonu güneşin geçmişini ve geleceğini ortaya koyuyor

Hepimiz bazen geleceği görebilmeyi diliyoruz. Şimdi, ESA’nın yıldız haritalama Gaia misyonundan elde edilen en son veriler sayesinde, gökbilimciler güneş için tam da bunu yapabilirler. Benzer kütle ve bileşime sahip yıldızları doğru bir şekilde tanımlayarak güneşimizin gelecekte nasıl evrimleşeceğini görebilirler. Ve bu çalışma, küçük bir astrofiziksel durugörünün çok ötesine uzanıyor.

Gaia’nın üçüncü büyük veri yayını (DR3) 13 Haziran 2022’de halka açıldı. Bu yayından çıkan başlıca ürünlerden biri, yüz milyonlarca yıldızın içsel özelliklerinin bir veri tabanıydı. Bu parametreler ne kadar sıcak olduklarını, ne kadar büyük olduklarını ve hangi kütleleri içerdiklerini içerir.

Gaia, bir yıldızın Dünya’dan görüldüğü şekliyle görünen parlaklığının ve renginin son derece doğru okumalarını alır. Bu temel gözlemsel özellikleri bir yıldızın içsel özelliklerine dönüştürmek özenli bir iştir.

Orlagh Creevey, Observatoire de la Côte d’Azur, Fransa ve Gaia’nın Koordinasyon Birimi 8’den işbirlikçiler, Gaia’nın gözlemlerinden bu tür astrofiziksel parametreleri çıkarmaktan sorumludur. Ekip bunu yaparken, 19. yüzyılın sonlarında ve 20. yüzyılın başlarında Harvard College Observatory, Massachusetts’te çalışan gökbilimcilerin öncü çalışmalarını temel alıyor.

O zaman, gökbilimcilerin çabaları ‘spektral çizgilerin’ görünümünü sınıflandırmaya odaklanmıştı. Bunlar, bir yıldızın ışığı bir prizma ile bölündüğünde oluşan renklerin gökkuşağında görünen koyu çizgilerdir. Annie Jump Cannon, yıldızları bu tayf çizgilerinin gücüne göre sıralayan bir tayfsal sınıflandırma dizisi tasarladı. Bu düzenin daha sonra doğrudan yıldızların sıcaklığıyla ilgili olduğu bulundu. Antonia Maury, belirli spektral çizgilerin genişliğine dayalı ayrı bir sınıflandırma yaptı. Daha sonra bunun bir yıldızın parlaklığı ve yaşı ile ilgili olduğu keşfedildi.

Bu iki özelliği ilişkilendirmek, Evrendeki her yıldızın tek bir diyagramda çizilmesine izin verir. Hertzsprung-Russell (HR) diyagramı olarak bilinen bu diyagram, astrofiziğin temel taşlarından biri haline geldi. 1911’de Ejnar Hertzsprung ve 1913’te Henry Norris Russell tarafından bağımsız olarak tasarlanan bir HR diyagramı, bir yıldızın içsel parlaklığını etkin yüzey sıcaklığına karşı çizer. Bunu yaparken, yıldızların uzun yaşam döngüleri boyunca nasıl geliştiğini ortaya koyuyor.

Yıldızın kütlesi, ömrü boyunca nispeten az değişirken, yıldızın sıcaklığı ve boyutu yaşlandıkça büyük ölçüde değişir. Bu değişiklikler, o sırada yıldızın içinde meydana gelen nükleer füzyon reaksiyonlarının türü tarafından yönlendirilir.

Yaklaşık 4,57 milyar yıllık bir yaşıyla, güneşimiz şu anda rahat orta çağında, hidrojeni helyumla birleştiriyor ve genellikle oldukça kararlı; hatta kalındı. Bu her zaman böyle olmayacak. Hidrojen yakıtı çekirdeğinde tükenirken ve füzyon sürecinde değişiklikler başladığında, bu süreçte yüzey sıcaklığını düşürerek kırmızı dev bir yıldıza dönüşmesini bekliyoruz. Bunun tam olarak nasıl gerçekleştiği, bir yıldızın ne kadar kütle içerdiğine ve kimyasal bileşimine bağlıdır. DR3’ün devreye girdiği yer burasıdır.

Orlagh ve meslektaşları, uzay aracının sunabileceği en doğru yıldız gözlemlerini arayan verileri taradı. Orlagh, “Yüksek hassasiyetli ölçümlere sahip gerçekten saf bir yıldız örneğine sahip olmak istedik” diyor.

Çalışmalarını yüzey sıcaklıkları 3000K ile 10.000K arasında olan yıldızlar üzerinde yoğunlaştırdılar çünkü bunlar Galaksideki en uzun ömürlü yıldızlardır ve bu nedenle Samanyolu’nun tarihini ortaya çıkarabilirler. Ayrıca, yüzey sıcaklığı 6000K olan güneşe büyük ölçüde benzedikleri için ötegezegen bulmak için de umut verici adaylardır.

Daha sonra Orlagh ve meslektaşları, örneği yalnızca güneşle aynı kütleye ve kimyasal bileşime sahip yıldızları gösterecek şekilde filtrelediler. Yaşın farklı olmasına izin verdikleri için, seçtikleri yıldızlar, güneşimizin geçmişinden geleceğine evrimini temsil eden İK diyagramı boyunca bir çizgi çizdi. Yıldızımızın yaşlandıkça sıcaklığını ve parlaklığını nasıl değiştireceğini ortaya çıkardı.

Bu çalışmadan, güneşimizin yaklaşık 8 milyar yaşında maksimum sıcaklığa ulaşacağı, daha sonra soğuyacağı ve boyutunun artacağı, 10-11 milyar yıl civarında kırmızı dev bir yıldız olacağı ortaya çıkıyor. Güneş, bu aşamadan sonra, sonunda soluk bir beyaz cüceye dönüştüğünde ömrünün sonuna ulaşacaktır.

Güneşe benzer yıldızları bulmak, daha geniş Evrene nasıl uyduğumuzu anlamak için çok önemlidir. Orlagh, “Eğer kendi güneşimizi anlamıyorsak ve onun hakkında bilmediğimiz birçok şey varsa, harika galaksimizi oluşturan diğer tüm yıldızları anlamayı nasıl bekleyebiliriz” diyor.

Güneşin en yakınımız, en çok incelenen yıldızımız olması, ancak yakınlığı bizi diğer yıldızlara bakmak için kullandığımızdan tamamen farklı teleskoplar ve aletlerle incelemeye zorluyor. Bunun nedeni güneşin diğer yıldızlardan çok daha parlak olmasıdır. Güneşe benzer, ancak bu kez benzer yaşlara sahip yıldızları tanımlayarak, bu gözlemsel boşluğu kapatabiliriz.

Gaia verilerindeki bu “güneş analoglarını” tanımlamak için Orlagh ve meslektaşları, günümüz güneşine benzeyen sıcaklıkları, yüzey ağırlıkları, bileşimleri, kütleleri ve yarıçapları olan yıldızları aradılar. Kriterlerine uyan 5863 yıldız buldular.

Gaia artık hedef listesini oluşturduğuna göre, diğerleri onları ciddi bir şekilde araştırmaya başlayabilir. Cevaplanmasını istedikleri sorulardan bazıları: Tüm güneş analoglarının bizimkine benzer gezegen sistemleri var mı? Tüm güneş analogları güneşe benzer bir hızda mı dönüyor?

Veri sürümü 3 ile Gaia’nın son derece hassas enstrümantasyonu, daha fazla yıldızın yıldız parametrelerinin her zamankinden daha kesin bir şekilde belirlenmesine izin verdi. Ve bu doğruluk diğer birçok çalışmaya yansıyacaktır. Örneğin, yıldızları daha doğru bir şekilde bilmek, ışığı milyarlarca bireysel yıldızın karışımı olan galaksileri incelerken yardımcı olabilir.

Orlagh, “Gaia misyonu astrofizikte her yere dokundu” diyor.