Kozmik Hayalet Yıldızlar Vakasını Çözmek

Hidrojen açısından fakir süpernovaların eksik öncüllerini ortaya çıkarmak

Süpernovalar (tüm galaksi kadar parlak yıldız patlamaları) çok eski zamanlardan beri bizi büyülemiştir. Ancak astrofizikçilerin açıklayabildiğinden daha fazla hidrojen açısından fakir süpernova var. Şimdi, Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nde (ISTA) yeni bir Yardımcı Doçent, kayıp öncül yıldız popülasyonunun belirlenmesinde çok önemli bir rol oynadı. Sonuçlar şimdi yayınlandı Bilimilgili profesörlerin yıllar önce genç bilim insanları olarak yaptıkları bir sohbete geri dönelim.

Hidrojen Açısından Yoksul Süpernovaların Gizemi

Bazı yıldızlar öylece ölmekle kalmaz, tüm galaksileri gölgede bırakabilecek bir yıldız patlamasıyla patlarlar. Süpernova adı verilen bu kozmik olaylar, ışığı, elementleri, enerjiyi ve radyasyonu uzaya yayar ve gaz bulutlarını sıkıştırıp yeni yıldızlar oluşturabilecek galaktik şok dalgaları gönderir. Başka bir deyişle süpernovalar evrenimizi şekillendiriyor. Bunlar arasında, patlayan büyük yıldızlardan kaynaklanan hidrojen açısından fakir süpernovalar, astrofizikçileri uzun süredir şaşırtmaktadır. Sebebi ise bilim adamlarının öncü yıldızlarına parmaklarını basamamalarıydı. Sanki bu süpernovalar birdenbire ortaya çıkmış gibi.

“Mevcut modellerimizin açıklayabileceğinden çok daha fazla hidrojen açısından fakir süpernova var. Ya bu yolda olgunlaşan yıldızları tespit edemiyoruz ya da tüm modellerimizi revize etmeliyiz” diyor ISTA Yardımcı Doçenti Ylva Götberg. Bu çalışmaya, Kanada Toronto Üniversitesi, Dunlap Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nün Yardımcı Öğretim Üyesi Maria Drout ile birlikte öncülük etti.

“Tek yıldızlar genellikle hidrojen açısından zengin süpernovalar halinde patlar. Hidrojen açısından fakir olmak, öncü yıldızın hidrojen açısından zengin kalın zarfını kaybetmiş olması gerektiğini gösterir. Bu, tüm büyük yıldızların üçte birinde, ikili bir yoldaş yıldızın zarf sıyırma yoluyla doğal olarak gerçekleşir” diyor Götberg.

Şimdi Götberg ve Drout, kayıp yıldızları bulmak için uzmanlık alanlarını teorik modelleme ve gözlemle birleştirdiler. Görevleri başarılı: Sonunda büyük bir bilgi açığını kapatan ve hidrojen açısından fakir süpernovaların kökenine ışık tutan, türünün ilk örneği olan bir yıldız popülasyonunu belgeliyorlar.

İkili Yıldızlar ve Zarf Sıyırma

Götberg ve Drout’un aradığı yıldızlar çiftler halindedir: ikili bir yıldız sisteminde birbirine kenetlenmişlerdir. Bazı ikili sistemler biz Dünyalılar tarafından çok iyi bilinir: Bunlar arasında gece gökyüzündeki en parlak yıldız olan Sirius A ve onun sönük yoldaş yıldızı Sirius B yer alır. Sirius ikili sistemi Dünya’dan yalnızca 8,6 ışıkyılı uzaklıkta yer alır; bir taş atımı uzaklıkta kozmik açıdan. Bu, Sirius A’nın gece gökyüzünde gözlemlenen parlaklığını açıklıyor.

Astrofizikçiler kayıp yıldızların başlangıçta devasa ikili sistemlerden oluştuğunu düşünüyor. İkili bir sistemde yıldızlar, daha büyük yıldızın kalın, hidrojen açısından zengin zarfı genişleyene kadar birbirlerinin etrafında dönerler. Sonunda genişleyen zarf, eşlik eden yıldıza kendi çekirdeğinden daha güçlü bir çekim kuvveti uygular.

Bu, bir kütle transferinin başlamasına neden olur, bu da sonunda hidrojen açısından zengin zarfın tamamının sıyrılmasına ve sıcak ve kompakt helyum çekirdeğinin açığa çıkmasına neden olur; bu, Güneş’in yüzeyinden 10 kat daha sıcaktır. Götberg ve Drout’un aradığı yıldız türü tam da bu.

Üç panelli bir sanatçının, ikili bir yoldaş tarafından soyulan bir yıldızın izlenimi. Üçüncü panel, bu çalışmada bu yıldızların gözlemlendiği aşamayı tasvir etmektedir. Bir filmden kareler. Katkıda bulunanlar: © ESO/L. Calçada/M. Kornmesser/SE de Vizon

“İkili etkileşim yoluyla sıyrılan orta kütleli helyum yıldızlarının astrofizikte önemli roller oynayacağı tahmin ediliyor. Ancak şu ana kadar gözlemlenemediler” diyor Götberg.

Aslında, helyum yıldızlarının bilinen sınıfları arasında önemli bir kütle farkı vardır: daha büyük Wolf-Rayet (WR) yıldızları Güneş’in kütlesinin 10 katından fazladır ve düşük kütleli yarı cüce yıldızlar Güneş’in kütlesinin yaklaşık yarısına sahip olabilir. . Ancak modeller, hidrojen açısından fakir süpernovaların öncüllerinin, soyulmayı takiben 2 ila 8 güneş kütlesi arasında yer alacağını öngördü.

Sadece Samanlıkta İğne Değil

Götberg ve Drout’un çalışmasından önce, beklenen kütle ve bileşim kriterlerini karşılayan yalnızca bir yıldız bulunmuştu ve bu yıldıza “Quasi-WR” (ya da “Neredeyse Wolf-Rayet”) adı veriliyordu.

Götberg, “Ancak, bu yolu izleyen yıldızların yaşam süreleri o kadar uzun ki birçoğunun gözlemlenebilir evrenin her yerine dağılmış olması gerekiyor” diyor.

Bilim insanları onları basitçe “görmedi mi”? Böylece Götberg ve Drout tamamlayıcı uzmanlıklarından yararlandılar. UV fotometrisi ve optik spektroskopinin yardımıyla, orta kütleli helyum yıldızlarına ilişkin beklentilerle tutarlı olan 25 yıldızdan oluşan bir popülasyon belirlediler. Yıldızlar, iyi çalışılmış iki komşu gökadada, Büyük ve Küçük Macellan Bulutlarında yer alıyor.

“Bu yıldızların, tek bir yıldızın ömründeki en mavi aşama olan yıldızın doğum çizgisinden daha mavi olduğunu gösterdik. Tek yıldızlar, spektrumun daha kırmızı bölgesine doğru evrimleşerek olgunlaşır. Bir yıldız ancak dış katmanları kaldırıldığında ters yönde kayar; bu, etkileşim halindeki ikili yıldızlarda yaygın olması beklenen bir şeydir ve tek büyük yıldızlar arasında nadirdir,” diye açıklıyor Götberg.

Çalışma yazarları Bethany Ludwig, Anna O’Grady, Maria Drout ve Ylva Götberg, bu araştırma için veri topladıkları Şili’deki Las Campanas Gözlemevi’ndeki Magellan teleskoplarında gözlem yapıyorlar. Kredi bilgileri: Y. Götberg

Bilim adamları daha sonra optik spektroskopi kullanarak aday yıldız popülasyonunu doğruladılar: yıldızların iyonize helyumun güçlü spektral izlerine sahip olduğunu gösterdiler.

“Güçlü iyonize helyum çizgileri bize iki önemli şey söylüyor: Birincisi, yıldızların en dış katmanlarında helyumun hakim olduğunu, ikincisi ise yüzeylerinin çok sıcak olduğunu doğruluyorlar. Bu, soyulduktan sonra açıkta kalan, kompakt, helyum açısından zengin bir çekirdek olarak kalan yıldızların başına gelen şeydir” diyor Götberg.

Ancak ikili sistemdeki her iki yıldız da gözlemlenen spektruma katkıda bulunur. Böylece bu teknik, araştırmacıların aday popülasyonunu, hangi yıldızın spektruma en fazla katkıda bulunduğuna bağlı olarak sınıflandırmasına olanak tanıdı.

“Bu çalışma, hidrojen açısından fakir süpernovaların tahmin edilen ataları olan orta kütleli, soyulmuş helyum yıldızlarının kayıp popülasyonunu bulmamızı sağladı. Bu yıldızlar her zaman oradaydı ve muhtemelen çok daha fazlası da var. Onları bulmanın yollarını bulmalıyız” diyor Götberg. “Çalışmamız ilk girişimlerden biri olabilir, ancak mümkün olan başka yollar da olmalı.”

Lisansüstü Öğrencilerinden Astrofizik Liderlerine

Bu projenin arkasındaki fikir, Götberg’in Drout ile birlikte lisansüstü çalışmaları sırasında katıldıkları bir konferansta yaptığı konuşmanın ardından ortaya çıkan bir tartışmada ortaya çıktı. Her iki bilim insanı, ardından yıldızlara ulaşan Erken Kariyer Araştırmacıları artık kendi alanlarında grup liderleridir.

Götberg, Pasadena, Kaliforniya’daki Carnegie Gözlemevleri’ndeki araştırmasının ardından Eylül ayında ISTA’ya katıldı. NASA Hubble doktora sonrası araştırmacısı. ISTA’da Götberg, Enstitü’nün astrofizik alanında büyüyen genç grup liderleri arasına katılıyor ve yıldızların ikili etkileşimlerini incelemeye odaklanan kendi grubuna liderlik ediyor.

Referans: MR Drout, Y. Götberg, BA Ludwig, JH Groh, SE de Mink, AJG O’Grady ve N. Smith, 14 Aralık 2023, “İkili dosyalardan arındırılmış, gözlemlenen orta kütleli helyum yıldızları popülasyonu”, Bilim.
DOI: 10.1126/science.ade4970

Maria R. Drout (Dunlap Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü, Toronto Üniversitesi, Kanada) ve Ylva Götberg (Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü, ISTA) liderliğindeki bu çalışma, The Observatories of the Observatories ile işbirliği içinde yapıldı. Carnegie Bilim Enstitüsü (Pasadena, ABD) ve Max Planck Astrofizik Enstitüsü (Garching, Almanya) diğerlerinin yanı sıra.