İlk yıldızları göremesek bile onların ilk galaksiler üzerindeki etkilerini tespit edebiliriz.

Uzun bir süre boyunca evrenin ilk galaksilerine ilişkin anlayışımız ağırlıklı olarak teoriye dayanıyordu. O çağın ışığı bize ancak milyarlarca yıl yolculuktan sonra ulaştı ve yolda karartılarak kızılötesine doğru gerildi. Bu dağınık ışıkta ilk galaksilere dair ipuçları saklı. Artık James Webb Uzay Teleskobu’na ve onun güçlü kızılötesi yeteneklerine sahip olduğumuza göre, geçmişi her zamankinden daha net ve daha net bir şekilde gördük.

JWST, ilk gökadalardan bazılarını görüntüledi ve bu da yeni anlayışlara ve zorlu sorulara yol açtı. Ancak tek tek yıldızları göremez.

Gökbilimciler bunların evrenin ilk galaksileri üzerindeki etkisini nasıl tespit edebilir?

Yıldızlar, güçlü bir kuvvete sahip güçlü, dinamik nesnelerdir. Nükleosentez adı verilen bir eylemle atomları tamamen yeni elementler halinde bir araya getirebilirler. Süpernovalar bu konuda özellikle etkilidir çünkü güçlü patlamaları bir enerji ve madde girdabını serbest bırakır ve onu evrene geri yayar.

Süpernovalar evrenin ilk günlerinden beri var. Evrendeki ilk yıldızlara Popülasyon III yıldızları adı verildi ve bunlar son derece büyük yıldızlardı. Devasa yıldızlar süpernova olarak patlayanlardır, dolayısıyla Popülasyon III yıldızları arasında aşırı derecede yüksek sayıda süpernova olması gerekir.

Yeni araştırma, tüm bu süpernovaların, ev sahibi galaksileri nasıl etkilediğini inceliyor. “Popülasyon III Süpernovası İlk Galaksilerin Özelliklerini Nasıl Belirledi?” başlıklı makale yayına kabul edildi. Astrofizik Dergisi ve bir gönderildi ile arXiv. Baş yazar, Tayvan Academia Sinica Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nden Ke-Jung Chen’dir.

Yıldızların metalikliği bu çalışmanın özünde yer alıyor. Evren başladığında, ilkel hidrojen, helyum ve yalnızca eser miktarda lityum ve berilyumdan oluşuyordu. Periyodik tablonuza baktığınızda bunların ilk dört element olduğunu görürsünüz. Hidrojen ve helyumdan daha ağır elementlere astronomide “metaller” adı verilir ve evrendeki metaliklik, yıldızların nükleosentezi nedeniyle zamanla artar.

Ancak hidrojen şimdi olduğu gibi o zaman da evrene hakimdi. Ancak ilk yıldızlar oluşup patladıktan sonra diğer elementler rol oynamaya başladı.

Yeni makalenin yazarları şöyle yazıyor: “İlksel (Pop III) yıldızların z ~ 20 ~ 25’teki doğuşu, kozmik karanlık çağların sonunu ve ilk galaksinin ve süper kütleli kara delik (SMBH) oluşumunun başlangıcını işaret ediyordu.” Ancak astronomik metallerin yaratıcıları olarak rolleri bu araştırmanın merkezinde yer alıyor.

Araştırmacılar, Pop III yıldızlarının erken galaksileri nasıl şekillendirdiğini incelemek için bilgisayar hidrodinamik simülasyonlarını kullandılar. Çekirdek çöküşü süpernovalarına (CCSNe), çift kararsızlık süpernovalarına (PISNe) ve Hipernovalara (HNe) baktılar.

Yıldızlar yalnızca soğuk ve yoğun gazdan oluşabilir. Gaz çok sıcak olduğunda, ön yıldız çekirdeklerine çökecek kadar yoğun değildir. Araştırmacılar Pop III yıldızlarının süpernova olarak patladığında metal ürettiklerini ve bunları çevredeki gaza yaydıklarını buldular. Metaller yıldız oluşturan gazı hızla soğutarak daha fazla yıldızın daha hızlı oluşmasına yol açtı. “Bulgularımız, üst-ağır Pop III IMF’den (başlangıç ​​kütle fonksiyonu) gelen SNR’lerin daha fazla metal ürettiğini, bunun da ilk galaksilerde daha verimli gaz soğumasına ve daha erken Pop II yıldız oluşumuna yol açtığını gösteriyor.”

Simülasyonlar, Pop III SN’den gelen süpernova kalıntılarının (SNR), içinde bulundukları karanlık madde halelerinin merkezine doğru düştüğünü gösterdi. Yazarlar, “Bu Pop III SNR’ler ve ilkel gaz, halo yerçekimi tarafından merkezine doğru sürükleniyor.” açıklamak. Bu SNR’ler bazen çarpışır ve türbülanslı akışlar üretir. Türbülans, gazı ve SN’den gelen metalleri karıştırır ve “gazın kendi yerçekimi ve metalin soğuması nedeniyle kısa sürede yoğun kümeler halinde oluşan filamentli yapılar oluşturur.”

Bu daha fazla yıldız oluşumuna yol açar, ancak bu noktada hâlâ Pop III yıldızlarıdırlar. Bunlar daha önceki Pop III süpernovaları tarafından zenginleştirilmemiştir ve hala ilksel gazdan yapılmıştır. Bu daha sonraki Pop III yıldızlarından bazıları, ilk yıldızlar halenin merkezine ulaşmadan önce oluşur. Bu karmaşık bir durum yaratıyor.

Yazarlar, Pop III yıldızlarının ikinci turunun “ilk Pop III SNR’leri hale merkezine ulaşmadan önce güçlü ışınım ve SN geri bildirimi uyguladığını” yazıyor.

Pop III yıldızları, yukarıdaki şekilde gösterildiği gibi güçlü UV radyasyonlarıyla çevredeki gazı ısıtarak yıldız oluşumunu engeller. Ama onlar çok büyük yıldızlar ve çok uzun yaşamıyorlar. Patladıktan sonra çevrelerine metaller yayarlar, bu da gazı soğutabilir ve daha fazla yıldız oluşumunu tetikleyebilir. “Yaklaşık 2,0 Myr’lik kısa ömrünün ardından yıldız, PI SN olarak ölür ve şoku, gazı yüksek sıcaklıklara (> 105 K) kadar ısıtır ve soğumayı artıran ve Pop II SF’ye geçişi destekleyen büyük bir metal kütlesini dışarı atar. ,” diye açıklıyor yazarlar.

Pop III yıldızlarının ilk galaksileri şekillendirdiği yer burasıdır. Yıldız oluşturan gaz bulutlarına metal enjekte ederek gazı soğuttular. Soğuma, yıldız oluşturan gaz bulutlarını parçalayarak sonraki nesil Pop II yıldızlarının kütlelerini azalttı. “Etkili metal soğutma nedeniyle, bu Pop II yıldızlarının kütle ölçeği, Şekil 6’nın sağ panelinde gösterildiği gibi, düşük kütleli bir uca kaydı ve bir küme halinde oluştu.”

Pop III yıldızları çoğunlukla karanlık madde halelerinde mevcuttu. Ancak araştırma, bunların erken galaksileri dolduran sonraki Pop II yıldızlarını nasıl şekillendirdiğini gösteriyor. Gökbilimcilerin ilk galaksilerle ilgili karşılaştığı bir soru, bu galaksilerin aşırı derecede metal bakımından fakir (EMP) Pop II yıldızlarıyla dolu olup olmadığıdır. Ancak bu araştırma aksini gösteriyor. Yazarlar şu sonuca varıyor: “Böylece EMP yıldızlarının çoğu ilkel gökada için tipik olmadığını bulduk.”