JWST, ilkel yıldızlardan oluşan galaksileri görebilir mi?

Tüm yıldızlar çoğunlukla hidrojen ve helyumdan oluşur, ancak çoğu yıldız, gökbilimcilerin “metaller” kategorisine dahil ettiği ölçülebilir miktarlarda daha ağır elementlere de sahiptir. Güneşimiz çoğu yıldızdan daha fazla metale sahiptir çünkü oluştuğu bulutsu, daha önceki yıldızların kalıntılarıydı. Bunlar daha da eski yıldızların çocuklarıydı, vb.

Genel olarak, her yeni nesil yıldız, bir öncekinden biraz daha fazla metal içerir. Evrenin ilkel hidrojen ve helyumundan doğan ilk yıldızlarda neredeyse hiç metal yoktu. Bu ilkel yıldızlardan birini hiç görmedik, ancak Webb’in gücü ve biraz da şansla, onları yakında görebiliriz.

Bir yıldızın sahip olduğu metal miktarını belirlemenin bir yolu, atmosferindeki demir oranını helyumla karşılaştırmaktır. [Fe/He]. Bu metaliklik sayısı genellikle logaritmik bir ölçekte ifade edilir, burada güneşin metalikliği sıfıra ayarlanır. Yıldızlar daha sonra bu sayıya dayalı olarak popülasyonlara yerleştirilir. Metalikliği en az -1 olan (yani güneşinkinin en az %10’una sahip olduğu anlamına gelir) herhangi bir yıldız, bir Popülasyon I yıldızıdır. Daha düşük metalikliğe sahip yıldızlar, Popülasyon II yıldızlarıdır ve gözlemlenebilir metalleri olmayan ilk yıldızlar, Popülasyon III yıldızları olacaktır.

Samanyolu’nda, Popülasyon I yıldızları tipik olarak galaktik düzlemde ve sarmal kollarda bulunurken, Popülasyon II yıldızları çoğunlukla galaksiyi çevreleyen daha dağınık bir yıldız halesinde bulunur. Bu mantıklı, çünkü yıldızlar sarmal kolların gaz ve tozu içinde oluşur ve yaşlandıkça galaktik düzlemden uzaklaşabilirler. Popülasyon II yıldızlarının genellikle güneşten milyarlarca yıl daha yaşlı olmaları dışında, daha genç yıldızlara genel olarak benzerler.

İlk nesil yıldızların çok farklı olduğu düşünülüyor. Bir yıldız ne kadar çok metale sahipse o kadar yoğun olabilir. Güneş gibi bir yıldız, Popülasyon III yıldızından daha kompakttır ve bu nedenle bu kadar parlak bir şekilde parlamak için çok fazla kütleye ihtiyaç duymaz. İlk yıldızlar sadece hidrojen ve helyumdan oluştuğundan, kısa ama çok parlak yaşamlar süren büyük kütleli yıldızlar olduklarını düşünüyoruz. Muhtemelen evrenin ilk birkaç yüz milyon yılında oluştular ve birkaç on milyon yıl veya daha kısa sürede öldüler. Işıklarını görmemizin tek yolu, uzayın en derin noktalarına bakmaktır. Popülasyon III yıldızlarının en parlak galaksisi bile, Dünya’dan görüldüğü gibi çok sönük olurdu. Ama her şeye kadir Webb’in gözlemleyemeyeceği kadar sönük mü?

Ön baskı sunucusu arXiv’de bulunan bu son çalışmanın yanıtlamaya çalıştığı soru budur. Ekip, erken bir galakside nasıl görünebileceklerini belirlemek için birinci nesil yıldızların hem yoğunluğunu hem de spektrumunu simüle etti ve ardından bunu Webb Uzay Teleskobu’nun yeteneğiyle karşılaştırdı. Webb’in parlak bir ilkel galaksinin doğrudan ve engelsiz bir görüntüsü olsaydı, Webb’in göremediği kadar loş olacağını buldular. Ancak, özellikle büyük bir ilkel gökada, daha yakın büyük bir gökadanın arkasında yer alırsa, kütleçekimsel merceklenme uzak gökadanın ışığını Webb’in onu algılayabileceği bir noktaya kadar büyütebilir ve parlaklaştırabilir.

Başka bir deyişle, birinci nesil yıldızları tespit edebilmenin sinir bozucu sınırındayız. Her şey bu şekilde sıralanırsa ve birinci nesil galaksinin spektrumlarını daha yakın galaksiden ayırabilirsek, o zaman bir şansımız olur. Bu kulağa hayal kırıklığı gibi gelebilir, ancak gökbilimciler yetenekli ve zekidir, bu nedenle zamanla tüm yıldızların büyükannelerinden ışık göreceğimizi ummak için neden var.