MIT Araştırmacıları Evrenin En Eski Yıldızlarını Keşfediyor

Gökbilimciler Dünya’nın etrafında dönen üç eski yıldız keşfettiler Samanyoluhalesi, 12-13 milyar yıl önce oluştu.

MİT araştırmacılar evrendeki en eski yıldızlardan üçünü keşfettiler ve bunlar bizim galaktik mahallemizde yaşıyorlar.

Aralarında birkaç lisans öğrencisinin de bulunduğu ekip, Samanyolu’nun ana galaktik diskin tamamını saran yıldız bulutu olan “halesi”ndeki yıldızları tespit etti. Ekibin analizine göre, üç yıldız 12 ila 13 milyar yıl önce, yani ilk galaksilerin şekillendiği dönemde oluştu.

Araştırmacılar, her yıldızın bir zamanlar kendi küçük, ilkel galaksisine ait olduğuna ve daha sonra daha büyük ama hala büyüyen Samanyolu tarafından emildiğine inandıklarından, yıldızları Küçük Birikmiş Yıldız Sistemi yıldızları için “SASS” olarak adlandırdılar. Bugün, kendi galaksilerinden geriye kalan tek şey üç yıldızdır. Ekibin bu tür eski yıldızlardan hayatta kalanların daha fazla olabileceğinden şüphelendiği Samanyolu’nun eteklerinde daire çiziyorlar.

Antik Yıldızları İncelemek İçin Yeni Bir Yöntem

MIT fizik profesörü Anna Frebel, “Galaksi oluşumuna ilişkin bildiklerimiz göz önüne alındığında, bu en yaşlı yıldızların kesinlikle orada olması gerekir” diyor. “Onlar kozmik aile ağacımızın bir parçası. Artık onları bulmanın yeni bir yolunu bulduk.”

Araştırmacılar, benzer SASS yıldızlarını ortaya çıkardıkça, bunları evrenin hayatta kalan ilk gökadalarından bazıları olduğu düşünülen ultra zayıf cüce gökadaların analogları olarak kullanmayı umuyorlar. Bu tür galaksiler bugün hala sağlamdır ancak gökbilimcilerin derinlemesine inceleyemeyeceği kadar uzak ve sönüktürler. SASS yıldızları bir zamanlar benzer ilkel cüce gökadalara ait olabileceğinden, ancak Samanyolu’nda olduklarından ve çok daha yakın olduklarından, aşırı sönük cüce gökadaların evrimini anlamak için erişilebilir bir anahtar olabilirler.

Araştırmacılar, zaman içindeki yıldız parlaklığı da dahil olmak üzere, yıldızlar hakkında yıllar boyunca topladıkları verilerle dolu bir dosya tutuyorlar. Soldan sağa: Ananda Santos, Casey Fienberg ve Anna Frebel. Kredi: Araştırmacıların izniyle

Frebel, “Artık Samanyolu’nda çok daha parlak olan daha fazla analog arayabilir ve bu son derece sönük yıldızları kovalamak zorunda kalmadan kimyasal evrimlerini inceleyebiliriz” diyor.

O ve meslektaşları bulgularını 14 Mayıs’ta yayınladılar. Kraliyet Astronomi Topluluğunun (MNRAS) Aylık Bildirimleri. Araştırmanın ortak yazarları Ürdün’deki Zarqa Üniversitesi’nden Mohammad Mardini; Hillary Andales’23; ve mevcut MIT lisans öğrencileri Ananda Santos ve Casey Fienberg.

Sınıf Konsepti Büyük Keşiflere Yol Açıyor

Ekibin keşifleri sınıf konseptinden doğdu. 2022 sonbahar döneminde Frebel, öğrencilerin antik yıldızları analiz etme tekniklerini öğrendikleri ve daha sonra bu araçları kökenlerini belirlemek için daha önce hiç incelenmemiş yıldızlara uyguladıkları 8.S30 (Gözlemsel Yıldız Arkeolojisi) adlı yeni bir kurs başlattı.

Andales, “Derslerimizin çoğu sıfırdan öğretilirken, bu ders bizi anında astrofizik araştırmalarının sınırına taşıyor” diyor.

Öğrenciler, Frebel’in Las Campanas Gözlemevi’ndeki 6,5 metrelik Magellan-Clay teleskopundan yıllar içinde topladığı yıldız verilerinden çalıştı. Verilerin basılı kopyalarını ofisindeki büyük bir dosyada saklıyor; öğrenciler ilgilendikleri yıldızları bulmak için bunları tarayıyorlar.

Özellikle, Dünya Savaşı’ndan hemen sonra oluşan eski yıldızları araştırıyorlardı. Büyük patlama13,8 milyar yıl önce meydana geldi. O zamanlar evren çoğunlukla hidrojen ve helyumdan ve çok az miktarda da stronsiyum ve baryum gibi diğer kimyasal elementlerden oluşuyordu. Böylece öğrenciler, düşük stronsiyum ve baryum bolluğuna işaret eden spektrumlara veya yıldız ışığı ölçümlerine sahip yıldızlar için Frebel’in dosyasına baktılar.

Antik Yıldızları Analiz Etmek

Araştırmaları, ilk olarak 2013 ile 2014 yılları arasında Magellan Teleskobu tarafından gözlemlenen üç yıldız üzerinde yoğunlaştı. Gökbilimciler, tayflarını yorumlamak ve kökenlerini çıkarmak için hiçbir zaman bu belirli yıldızları takip etmediler. O halde Frebel’in sınıfındaki öğrenciler için mükemmel adaylardı.

Öğrenciler, üç yıldızın her birinin spektrum analizine hazırlanmak için bir yıldızın nasıl karakterize edileceğini öğrendiler. Her birinin kimyasal bileşimini çeşitli yıldız modelleriyle belirlemeyi başardılar. Yıldız spektrumundaki belirli bir ışığın dalga boyuna karşılık gelen belirli bir özelliğin yoğunluğu, belirli bir elementin belirli bir bolluğuna karşılık gelir.

Analizlerini tamamladıktan sonra öğrenciler, kendi referans yıldızları olan kendi güneşimizle karşılaştırıldığında, üç yıldızın çok düşük miktarda stronsiyum, baryum ve demir gibi diğer elementleri barındırdığı sonucuna varabildiler. Aslında bir yıldız, bugünkü Güneş ile karşılaştırıldığında 1/10.000’den daha az demir/helyum miktarını içeriyordu.

Santos, “Bunu çözmek için bilgisayara bakmak, çok fazla hata ayıklamak, çılgınca mesaj atmak ve e-posta göndermek uzun saatler aldı” diye anımsıyor Santos. “Büyük bir öğrenme süreciydi ve özel bir deneyimdi.”

“Kaçak”

Yıldızların kimyasal bolluğunun düşük olması onların başlangıçta 12 ila 13 milyar yıl önce oluştuklarına işaret ediyordu. Aslına bakılırsa, bunların düşük kimyasal izleri, gökbilimcilerin daha önce bazı eski, ultra sönük cüce gökadalar için ölçtüğü değerlere benziyordu. Takımın yıldızları benzer galaksilerden mi doğdu? Peki Samanyolu’na nasıl geldiler?

Bilim insanları bir önseziyle yıldızların yörünge düzenlerini ve gökyüzünde nasıl hareket ettiklerini incelediler. Üç yıldız, Samanyolu’nun halesi boyunca farklı yerlerde bulunuyor ve Dünya’dan yaklaşık 30.000 ışıkyılı uzaklıkta oldukları tahmin ediliyor. (Referans olarak, Samanyolu’nun diski 100.000 ışık yılı boyunca uzanır.)

Ekip, Gaia astrometrik uydusundan alınan gözlemleri kullanarak her bir yıldızın galaktik merkez etrafındaki hareketini yeniden takip ederken ilginç bir şeyi fark etti: Yarış pistindeki arabalar gibi hareket eden ana diskteki yıldızların çoğuna göre, üç yıldızın hepsi de aynı şekilde hareket ediyormuş gibi görünüyordu. yanlış yola gitmek. Astronomide buna “geriye doğru hareket” denir ve bir nesnenin bir zamanlar “biriktiğine” veya başka bir yerden çekildiğine dair bir ipucudur.

Frebel, “Yıldızların grubun geri kalanından yanlış yöne gitmesini sağlamanın tek yolu, onları yanlış yöne atmanızdır” diyor.

Gelecek Beklentileri ve Araştırma

Bu üç yıldızın galaktik diskin geri kalanından ve hatta haleden tamamen farklı şekillerde yörüngede dönmeleri gerçeği, düşük kimyasal bolluğa sahip olmaları gerçeğiyle birleştiğinde, yıldızların gerçekten çok eski ve bir zamanlar daha eskilere ait olduklarına dair güçlü bir kanıt oluşturdu. Samanyolu’na rastgele açılarla düşen ve milyarlarca yıl sonra inatçı yörüngelerine devam eden daha küçük cüce galaksiler.

Geriye doğru hareketin, gökbilimcilerin daha önce analiz ettiği haledeki diğer antik yıldızların bir özelliği olup olmadığını merak eden Frebel, bilimsel literatürü inceledi ve yine düşük stronsiyum ve baryum bolluğuna sahip olan ve aynı zamanda gerileme hareketine aykırı görünen 65 başka yıldız buldu. galaktik akış.

Frebel, “İlginçtir ki hepsi oldukça hızlıdır; saniyede yüzlerce kilometre hızla yanlış yöne gidiyorlar” diyor. “Kaçıyorlar! Durumun neden böyle olduğunu bilmiyoruz ama yapbozun ihtiyacımız olan parçasıydı ve başladığımızda pek tahmin etmemiştim.”

Ekip, diğer antik SASS yıldızlarını araştırma konusunda oldukça istekli ve artık bunu yapmak için nispeten basit bir reçeteleri var: İlk olarak, düşük kimyasal bolluğa sahip yıldızları arayın ve ardından geriye doğru hareket işaretleri için yörünge düzenlerini takip edin. Samanyolu’ndaki 400 milyardan fazla yıldızdan, yöntemin evrenin en eski yıldızlarının küçük ama önemli bir kısmını ortaya çıkaracağını öngörüyorlar.

Frebel, dersi bu sonbaharda yeniden başlatmayı planlıyor ve geriye dönüp o ilk kursa ve sonuçlarını yayına aktaran üç öğrenciye hayranlık ve minnettarlıkla bakıyor.

“Üç kadın üniversite öğrencisiyle çalışmak muhteşemdi. Bu benim için bir ilk” diyor. “Bu gerçekten MIT yönteminin bir örneği. Yaparız. Kim ‘Ben de katılmak istiyorum’ derse, bunu yapabilir ve güzel şeyler olur.”

Referans: Hillary Diane Andales, Ananda Santos Figueiredo, Casey Gordon Fienberg, Mohammad K Mardini ve Anna Frebel, 14 Mayıs 2024, “Düşük nötron yakalama elementi bolluğuna sahip en eski yıldızlar ve antik cüce galaksilerdeki kökenleri”, Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri.
DOI: 10.1093/mnras/stae670

Bu araştırma kısmen Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir.