Evrenin en eski yıldızlarının potansiyel ilk izleri

İlk yıldızlar muhtemelen evren sadece 100 milyon yaşındayken, şu anki yaşının yüzde birinden daha azken oluştu. Popülasyon III olarak bilinen bu ilk yıldızlar o kadar devasa büyüklükteydiler ki, hayatlarını süpernova olarak sonlandırdıklarında kendilerini parçalara ayırarak, ağır elementlerin belirgin bir karışımıyla yıldızlararası uzayı tohumladılar. Gökbilimciler tarafından onlarca yıl süren gayretli araştırmalarına rağmen, şimdiye kadar bu ilkel yıldızlara dair doğrudan bir kanıt bulunamamıştır.

Gökbilimciler, NSF’nin NOIRLab’ı tarafından işletilen Uluslararası Gemini Gözlemevi’ni oluşturan iki özdeş teleskoptan biri olan Gemini North teleskopunu kullanarak bilinen en uzak kuasarlardan birini analiz ederek, şimdi bir ilk patlamanın kalan malzemesini belirlediklerini düşünüyorlar. nesil yıldız. Kuasar’ı çevreleyen bulutlarda bulunan kimyasal elementleri ortaya çıkarmak için yenilikçi bir yöntem kullanarak, oldukça sıra dışı bir bileşim fark ettiler – bu elementlerin güneşimizde bulunan oranına kıyasla magnezyumdan 10 kat daha fazla demir içeren malzeme.

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 hiç tanık olunmadı, ancak kütleleri Güneş’in 150 ila 250 katı olan devasa yıldızların yaşamının sonu olduğu kuramsallaştırıldı.

Çift-kararsız süpernova patlamaları, bir yıldızın merkezindeki fotonlar kendiliğinden elektronlara ve pozitronlara – elektronun pozitif yüklü antimadde karşılığına – dönüştüğünde meydana gelir. 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 bir nötron yıldızı veya bir kara delik gibi yıldız kalıntıları bırakmaz ve bunun yerine tüm materyallerini çevrelerine fırlatır. Bunların kanıtını bulmanın sadece iki yolu var. Birincisi, bir çift-kararsızlık süpernovasını olduğu gibi yakalamaktır, ki bu pek olası bir tesadüf değildir. Diğer yol, yıldızlararası uzaya fırlattıkları malzemeden kimyasal imzalarını belirlemektir.

Araştırmaları için, şimdi yayınlanan Astrofizik Dergisi, gökbilimciler, 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 Popülasyon III yıldızının bir çift-kararsız süpernovası olacağı benim için açıktı” dedi. “Güneş’in yaklaşık 300 katı kütleye sahip bir yıldızın bir çift-kararsız süpernovasının, kuasar için elde ettiğimiz düşük değerle uyumlu bir magnezyum-demir oranı sağladığını bulmaktan çok memnun oldum ve biraz şaşırdım.”

Samanyolu’nun halesindeki yıldızlar arasında daha önce bir önceki nesil yüksek kütleli Popülasyon III yıldızları için kimyasal kanıt aramaları yapılmıştı ve 2014’te en az bir belirsiz tanımlama sunuldu. Bununla birlikte, Yoshii ve meslektaşları, yeni sonuç, bu kuasarda sunulan son derece düşük magnezyum-demir bolluğu oranına dayanan bir çift-kararsızlık süpernovasının en net imzasını sağlıyor.

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 nesneler üzerinde hala damgalanmış uzun süredir devam eden yıldızların çift-kararsız süpernova patlamalarının imzalarını bulabilecekleri anlamına geliyor.

Notre Dame Üniversitesi’nden bir astronom olan ortak yazar Timothy Beers, “Artık ne arayacağımızı biliyoruz; bir yolumuz var” dedi. “Eğer bu, evrenin çok erken dönemlerinde yerel olarak gerçekleşmişse, ki bunu yapması gerekirdi, o zaman bunun için kanıt bulmayı umardık.”