Gökbilimciler milyarlarca yıl boyunca yıldızların doğuşunun kıvılcımını buldu

Gökbilimciler, NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi ve diğer teleskopları kullanarak, evrenin en büyük galaksilerinde yıldızların oluşmasını neyin tetiklediğine dair en büyük ve en ayrıntılı çalışmayı tamamladılar. Bu olağanüstü büyük galaksilerdeki yıldız oluşumuna ilişkin koşulların son on milyar yılda değişmediğini gördüklerinde şaşırdılar.

Çalışmayı yöneten Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) Michael Calzadilla, “Burada şaşırtıcı olan, son on milyar yılda yıldız oluşumunu etkilemiş olabilecek pek çok şeyin bulunmasıdır” dedi. “Ancak sonuçta, bu devasa galaksilerdeki yıldız oluşumunun ana etkeni aslında tek bir şeye dayanıyor; onları çevreleyen sıcak gazın yeterince hızlı soğuyup soğuyamayacağı.”

Galaksi kümeleri, evrendeki yerçekimi tarafından bir arada tutulan en büyük nesnelerdir ve X-ışınlarında görülen çok büyük miktarlarda sıcak gaz içerirler. Bu sıcak gazın kütlesi, tipik olarak galaksi kümelerinde bulunan yüzlerce galaksideki tüm yıldızların toplam kütlesinin birkaç katıdır.

Calzadilla ve meslektaşları, 95 gökada kümesinin merkezlerinde, en parlak gökada kümesi adı verilen, evrendeki en parlak ve en büyük gökada sınıfını inceledi. Seçilen galaksi kümelerinin kendisi de aşırı bir örnektir (Güney Kutbu Teleskobu (SPT) kullanılarak yapılan büyük bir araştırmadaki en büyük kümeler) ve Dünya’dan 3,4 ila 9,9 milyar ışıkyılı uzaklıkta yer almaktadırlar.

Ekip, inceledikleri galaksilerdeki yıldız oluşumunun, sıcak gazdaki düzensiz hareket miktarının (“entropi” olarak adlandırılan fiziksel bir kavram) kritik bir eşiğin altına düştüğünde tetiklendiğini buldu. Bu eşiğin altında sıcak gaz kaçınılmaz olarak soğuyarak yeni yıldızlar oluşturur.

Yine MIT’den ortak yazar Michael McDonald, “Tek bir sayının, bu devasa galaksilerde on milyar yıl öncesine uzanan milyarlarca yıldız ve gezegenin oluşup oluşmadığını bize anlatacağını düşünmek etkileyici” dedi.

Kozmik zaman içinde bu kadar büyük galaksilerde yıldız oluşumunun etkenlerini belirlemek için başka girişimlerde bulunulmasına rağmen, bu araştırma, bu kadar geniş bir mesafe aralığında küme merkezlerinin X-ışını ve optik gözlemlerini birleştiren ilk araştırmadır. Bu, araştırmacıların, yıldızların oluşması için gereken yakıtı (Chandra ile tespit edilen sıcak gaz), evrenin tarihinin büyük bölümünde optik teleskoplarla görüldüğü gibi, gaz soğuduktan sonra yıldızların gerçek oluşumuna bağlamasına olanak tanıyor.

Ekip ayrıca bu kümelerdeki süper kütleli kara deliklerden uzağa doğru ateşlenen malzeme jetlerini incelemek için radyo teleskoplarını da kullandı. “Geri besleme” adı verilen bir süreçte, yıldızları oluşturmak için soğuyan sıcak gaz, sonunda kara delikleri besler, bu da jetlerin ve çevrelerini ısıtan ve enerjilendiren diğer faaliyetlerin oluşmasına neden olur ve geçici olarak daha fazla soğumayı engeller. Kara deliğin yakıtı bittiğinde jetler kapanıyor ve süreç yeniden başlıyor.

Chicago Üniversitesi ve Illinois’deki Fermilab’dan ortak yazar Brad Benson, “Sanki evrenin ömrünün çoğu boyunca yıldız oluşumu kitabı için farklı bölümler toplamışız gibi” dedi. “Bu hikaye kelimelerle yazılmak yerine röntgen, optik ve radyo ışığıyla anlatılıyor.”

Bu çalışmanın beklenmedik bir yönü, önceki çalışmaların sıcak gazın soğumasının yanı sıra diğer faktörlerin de uzak geçmişte yıldız oluşumunda daha büyük bir rol oynayabileceğini öne sürmesidir. On milyar yıl önce, gökbilimcilerin “kozmik öğlen” adını verdiği bir dönemde, kümelerdeki galaksilerin çarpışmaları ve birleşmeleri çok daha yaygındı, yıldız oluşum oranları genellikle çok daha yüksekti ve galaksinin süper kütleli kara delikleri çok daha hızlı malzeme çekiyordu.

Illinois’deki Argonne Ulusal Laboratuvarı’ndan ortak yazar Lindsey Bleem, “Gördüğümüz yıldız oluşumu türü oldukça tutarlı, hatta diğer süreçler tarafından bastırılmış olabileceği kozmik öğle vaktine bile yaklaşıyor” dedi. “O zamanlar evren çok farklı görünse de, bu galaksilerde yıldız oluşumunun tetikleyicisi öyle değil.”

Nispeten yakın kümeleri incelerken önceki araştırmacılar, jet şeklindeki süper kütleli kara deliklerden geri bildirimin oluşması için sıcak gazda bir eşik düzeyde düzensizliğin gerekli olduğunu da buldular.

Calzadilla’nın ekibi tarafından yapılan bu yeni çalışma, geri bildirim için entropi eşiğinin daha uzak kümelerdeki galaksiler için geçerli olmadığını buldu; bu da yaklaşık on milyar yıl önceki kümelerin kara delik geri bildirimi tarafından o kadar iyi düzenlenmediği anlamına gelebilir. Bu mantıklıdır çünkü sıcak gazın merkezi galaksiye doğru soğumaya başlaması zaman alır, ardından bu soğuk gazın merkezi galaksinin süper kütleli kara deliğine doğru yol alması ve en sonunda jetlerin oluşup onu engellemesi daha fazla zaman alır. gazın daha da soğutulması.

Bununla birlikte, radyo sinyallerinin bu erken zamanlarda jet aktivitesine dair net bir gösterge vermemesi de mümkündür.

Bu sonuç, NASA’nın Chandra X-ışını Gözlemevi’nden alınan X-ışını verilerine dayanmaktadır; SPT, Avustralya Teleskobu Kompakt Dizisi ve Avustralya SKA Pathfinder Teleskobu’ndan gelen radyo verileri; NASA’nın WISE uydusundan alınan kızılötesi veriler; ve birkaç optik teleskop. Burada kullanılan optik teleskoplar Magellan 6,5-m Teleskopları, Gemini Güney Teleskobu, Blanco 4-m Teleskobu (DECam, MOSAIC-II) ve Swope 1m Teleskobu’dur. Bu sonuç için toplamda neredeyse 50 günlük Chandra gözlem süresi kullanıldı.

Caldazilla bu sonuçları New Orleans’taki Amerikan Astronomi Topluluğu’nun 243. toplantısında sundu. Ayrıca, dergiye gönderilen bir makalenin ilk yazarıdır. Astrofizik Dergisi olan bu çalışma üzerinde mevcut ön baskı sunucusunda arXiv.