Samanyolu’nun yıldızsal ince diskinde eski yıldızların keşfi

Gaia görevinden alınan verileri kullanarak galaksimizin evrimi hakkında şaşırtıcı bir keşif, güneşimizin yörüngesine benzer yörüngelerde çok sayıda antik yıldız buldu. Bunlar, Büyük Patlama’dan 1 milyar yıldan daha kısa bir süre sonra, daha önce inanılandan birkaç milyar yıl önce Samanyolu’nun ince diskini oluşturdular.

Samanyolu galaksisi büyük bir hale, merkezi bir şişkinlik ve çubuk, kalın bir disk ve ince bir diske sahiptir. Çoğu yıldız, Samanyolu’muzun sözde ince diskinde yer alır ve galaktik merkez etrafında düzenli bir dönüş izler. 4,6 milyar yıllık güneşimiz gibi orta yaşlı yıldızlar, genellikle yaklaşık 8 ila 10 milyar yıl önce oluşmaya başladığı düşünülen ince diske aittir.

Samanyolu’nun nasıl oluştuğunu anlamak galaktik arkeolojinin başlıca hedeflerinden biridir. Bunu başarmak için, yıldızların yaşlarını, kimyasal bileşimlerini ve hareketlerini gösteren ayrıntılı galaksi haritalarına ihtiyaç vardır. Krono-kemo-kinematik haritalar olarak bilinen bu haritalar, galaksimizin tarihini bir araya getirmeye yardımcı olur. Bu ayrıntılı haritaları oluşturmak zordur çünkü yaşları doğru bir şekilde bilinen büyük yıldız veri kümeleri gerektirir.

Bu zorluğun üstesinden gelmek için yaygın bir yaklaşım, erken Samanyolu’na bir pencere sağlamak için çok metal fakiri olan yaşlı yıldızları incelemektir. Çok metal fakiri yıldızların yaşlı olduğu bilinmektedir çünkü evren hala büyük ölçüde hidrojen ve helyumdan oluşurken, daha ağır elementlerin çoğu ardışık yıldız nesilleri tarafından yaratılıp dağıtılmadan önce oluşan ilk yıldızlar arasındaydılar.

Avrupa Uzay Ajansı (ESA) Gaia Misyonu’ndan bir veri seti kullanarak, Leibniz Enstitüsü Potsdam Astrofizik (AIP) astronomları tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, Güneş’in yaklaşık 3.200 ışık yılı etrafında, Güneş çevresindeki yıldızları inceledi. İnce disk yörüngelerinde şaşırtıcı sayıda çok eski yıldız keşfettiler; bunların çoğu 10 milyar yıldan daha eski, bazıları ise 13 milyar yıldan daha eski.

Bu eski yıldızlar geniş bir metal bileşimi yelpazesine sahiptir: bazıları metal açısından çok fakirdir (beklendiği gibi), diğerleri ise çok daha genç Güneş’imizin iki katı metal içeriğine sahiptir, bu da Samanyolu’nun evriminin erken evresinde hızlı bir metal zenginleşmesinin gerçekleştiğini gösterir.

“Diskteki bu eski yıldızlar, Samanyolu’nun ince diskinin oluşumunun daha önce düşünülenden çok daha erken, yaklaşık 4-5 milyar yıl önce başladığını gösteriyor,” diye açıklıyor AIP’den ve yayınlanmak üzere kabul edilen çalışmanın baş yazarı Samir Nepal. Astronomi ve Astrofizik ve bir mevcut üzerinde arXiv ön baskı sunucusu.

“Bu çalışma ayrıca galaksimizin erken dönemlerde yoğun bir yıldız oluşumuna sahip olduğunu ve bunun da iç bölgelerde çok hızlı metal zenginleşmesine ve diskin oluşumuna yol açtığını vurgulamaktadır. Bu keşif, Samanyolu’nun disk oluşumu zaman çizelgesini, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ve Atacama Büyük Milimetre Dizisi (ALMA) Radyo Teleskobu tarafından gözlemlenen yüksek kırmızıya kaymalı galaksilerin zaman çizelgesiyle uyumlu hale getiriyor.

“Bu durum, soğuk disklerin evrenin tarihinin çok erken dönemlerinde oluşup sabitlenebileceğini gösteriyor ve bu da galaksilerin evrimi hakkında yeni bakış açıları sağlıyor.”

“Çalışmamız, Samanyolu’nun ince diskinin düşündüğümüzden çok daha erken oluşmuş olabileceğini ve oluşumunun galaksimizin en iç bölgelerinin erken kimyasal zenginleşmesiyle güçlü bir şekilde ilişkili olduğunu öne sürüyor,” diye açıklıyor Cristina Chiappini. “Farklı kaynaklardan gelen verilerin bir araya getirilmesi ve gelişmiş makine öğrenme tekniklerinin uygulanması, yüksek kaliteli yıldız parametrelerine sahip yıldız sayısını artırmamızı sağladı; bu, ekibimizi bu yeni içgörülere ulaştırmak için önemli bir adım.”

Sonuçlar Gaia görevinin üçüncü veri yayımı sayesinde mümkün oldu. Ekip, farklı veri türlerinden gelen bilgileri birleştirerek yüksek hassasiyetle iyileştirilmiş yıldız parametreleri sağlayan yeni bir makine öğrenme yöntemi kullanarak 800.000’den fazla yıldızın yıldız parametrelerini analiz etti. Bu hassas ölçümler arasında yerçekimi, sıcaklık, metal içeriği, mesafeler, kinematik ve yıldızların yaşı yer alıyor.

Gelecekte, 2025 yılında faaliyete geçecek olan 4 metrelik Çok Cisimli Spektroskopik Teleskop (4MOST) ile 4MIDABLE-LR araştırması tarafından toplanan milyonlarca spektrumun analizinde benzer bir makine öğrenmesi tekniği kullanılacak.