Sıcak yıldızlar için gece gökyüzünün derin haritalanması

Ultraviyole gökyüzünü inceleyecek bir sonraki NASA uzay teleskobu, Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü’nden (ISTA) bir gökbilimcinin parmak izine sahip. Yardımcı Doçent Ylva Götberg, galaksilerin ve yıldızların nasıl evrimleştiğini inceleyecek ve tüm gökyüzünün bir topluluk kaynak veri kümesini oluşturacak büyük bir uluslararası iş birliğinin parçası. Götberg, yeni teleskopun ardındaki bilimi ve ISTA’daki büyüyen astronomi alanını tartışıyor.

Her gün olduğu gibi, Avusturya Bilim ve Teknoloji Enstitüsü (ISTA) kampüsü faaliyetlerle dolup taşıyor. Araştırmacılar deneyler ve simülasyonlar arasında buluşup tartışıyor ve tik tak eden saat, bir sonraki keşfin köşede gizleniyor olabileceğinin bir hatırlatıcısı. Ancak bu sıradan bir gün değil.

Kısa bir süre önce NASA, bir UVEX adlı yeni uzay teleskobu Caltech araştırmacıları tarafından yönetilen büyük bir uluslararası işbirliği olan (UltraViolet EXplorer), 2030’da tüm gökyüzündeki ultraviyole (UV) ışığını araştırmak üzere fırlatılmak üzere seçildi. ISTA’ya katılan ilk gökbilimcilerden biri olan Yardımcı Doçent Ylva Götberg, yeni teleskop için bilimsel vakayı geliştirmenin en erken aşamalarından itibaren yer aldı.

Heyecanını gizleyemiyor, “NASA kazanan teklifi seçmek için değerlendirme yaparken projemiz bir yıldır başka bir uzay teleskopu projesiyle berabereydi. UVEX’in seçilmesinden mutluluk duyuyoruz.” NASA’nın bir sonraki “Astrofizik Orta Sınıf Kaşifi” görevlerinden biri olan UVEX, UV teleskopları arasında uzun süredir devam eden bir boşluğu dolduracak.

Sıcak yıldızlar, galaksiler ve geçmiş UV görevleri

“Ultraviyole dalga boyu rejimi yıldız astrofiziği için spektral aralıktır,” diyor soyulmuş ikili yıldızlar uzmanı Götberg. Yıldızlar doğumlarına veya ölümlerine yakın aşırı sıcaklıklara ulaşırlar -güneşin yaklaşık 20 katı- ve daha yüksek enerjili UV radyasyon emisyonlarıyla yeni zirvelere ulaşırlar. Bu nedenle, UV ölçümleri sıcak yıldızların sıcaklığını, bileşimini ve evrimini incelemek için çok önemlidir.

“Ancak, yaklaşık 20 yıldır kapsamlı UV verisinden umutsuzca yoksunduk,” diyor Götberg. “Sanki uzaya bakarken bir gözümüz körmüş gibi.” Bu kısmi “körlüğün” nedenleri karmaşıktır.

Dünya’daki yaşam için şans eseri, atmosferimiz UV ışığının çoğunu filtreler, ancak bu aynı zamanda astronomideki UV ölçümlerinin uzaydan yapılması gerektiği anlamına gelir. UV dalga boylarını ölçen en son büyük uzay teleskopları arasında, 1990’dan beri faaliyette olan NASA ve ESA’nın amiral gemisi teleskoplarından biri olan Hubble Uzay Teleskobu ve Uzak Ultraviyole Spektroskopik Kaşifi (FUSE) yer almaktadır. FUSE, 1999 ile 2007 yılları arasında faaliyet gösterdi ve uzak UV yetenekleriyle Hubble’ın yakın UV ölçümlerini tamamladı.

Bir diğer önemli UV gözlemevi, 1978 ile 1996 yılları arasında faaliyet gösteren Uluslararası Ultraviyole Kaşifi’ydi (IUE). Ancak, artık 34 yaşında olan Hubble, hedeflerine doğru işaret etmede giderek daha fazla teknik zorluk yaşıyordu. Bu nedenle, bu Haziran ayında NASA, Hubble’ın çalışma modunu, 2030’lara kadar gökyüzünü incelemeye devam etmesini sağlamak için değiştireceğini duyurdu.

Öte yandan, James Webb Uzay Teleskobu (JWST), ESA’nın Euclid’i ve NASA’nın 2027’de fırlatılması planlanan Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu gibi büyük yeni teleskoplar UV yerine kızılötesi rejime odaklanmıştır. Bu nedenle, NASA UVEX gibi yeni ve kapsamlı bir UV görevi için zamanın geldiğini fark etmiş ve bu kısmi “körlüğü” gidermeye karar vermiştir.

Tüm gökyüzünün bir topluluk kaynağı UV haritası

Optik alanı, Hubble’ın 30 yıl önce fırlatılmasından bu yana büyük teknolojik ilerlemeler gördü. Ayrıca, Hubble’ın sınırlı uzak UV yetenekleri ve uzun pozlama süreleri, zayıf UV kaynaklarını “görmesine” izin vermiyor.

“UVEX hem yakın hem de uzak UV rejimlerinde ölçüm yapacak ve Hubble’dan çok daha fazla ışığın içeri girmesine izin verecek. Bu nedenle, UVEX aynı pozlama süresi içinde çok daha sönük nesneleri gözlemlememize olanak tanıyacak,” diyor Götberg.

Astrofizikte, bir teleskop tarafından tespit edilen nesneler ne kadar sönükse, veri kümesi o kadar ‘derin’ olur. UVEX, görevine uzun tüm gökyüzü araştırmalarıyla başlayarak, gece gökyüzünü en sönük UV yayan nesneler için haritalayacaktır. Böylece, kapsamlı, homojen, “derin” bir UV veri kümesi oluşturacaktır. Tamamlanmasının ardından, bu veri kümesi, gökbilimcilerin gelecekteki araştırmaları için kullanılabilecek bir topluluk kaynağı olarak hizmet edecektir.

“UV rejiminde derin haritalama, her zaman en parlak olmadıkları için sıcak yıldızlar için özellikle önemlidir,” diye ekliyor Götberg. Grubunun ISTA’daki çalışmaları için en önemlisi, UVEX, helyum yıldızlarının tüm kütle aralığını, yani bir yoldaş yıldız tarafından hidrojen zarflarından sıyrılmış sıcak ve kompakt ikili yıldızları haritalayabilecektir.

Yıldız patlamalarının sırları ortaya çıkıyor

UVEX, en sönük sıcak yıldızları bile haritalamanın ötesinde, yıldız rüzgarlarını, büyük kütleli yıldızların evrimini ve yıldız patlamalarını incelemeyi mümkün kılacaktır. Bu özellikle ilginçtir çünkü yıldızların çekirdekleri element fabrikalarıdır. Yıldız rüzgarları kütle kaybına yol açarken ve yıldızın nasıl evrimleştiğini etkilerken, nihai kader yıldızın büyük ölçekli patlaması ve ölümüyle mühürlenir.

Bir yıldız patladığında, çevreyi yeni elementlerle “zenginleştirirken” çok fazla kütle kaybeder. Bu elementler -oksijen gibi- bildiğimiz şekliyle yaşam için nihayetinde elzemdir. Örneğin, astrofizikçiler genellikle güneşimizin daha önceki yıldız patlamalarından kaynaklanan materyal içeren üçüncü nesil bir yıldız olduğu konusunda hemfikirdir.

UVEX ile Götberg ve diğer gökbilimciler, evrendeki yıldız patlamalarının özelliklerini inceleyerek büyük ölçekli kütle kaybına dair yeni bakış açıları kazanacaklar. “Bu teleskop konusunda özellikle heyecanlıyım çünkü yeni gözlem teknikleri geliştirmemize ve teorik öngörülerle yüzleşmek için yeni stratejiler tasarlamamıza olanak tanıyacak,” diyor Götberg.

ISTA’da büyük kütleli yıldızların evrimini inceliyoruz

Götberg, Samanyolu’na komşu iki iyi çalışılmış galaksideki ikili yıldızların evrimini araştırıyor. Astrofizikçiler ikili yıldızları evrimlerinin iki aşamasında düşünürler: kütle transferinden önce ve sonra. Yıldızların etkileşimden önceki özellikleri, şu anda mevcut teknolojilerle kolayca tahmin edilebilirken, UVEX, Götberg’in etkileşimden önce ve sonra kesin gözlemleri karşılaştırmasına olanak tanıyacak.

“UVEX, yaklaşık 20 yıldır kapalı olan bir pencereyi açıyor, devasa yıldızların evrimine açılan bir pencere,” diyor. IUE ve FUSE’nin değerli halefi, 2030’da uzayı fethedecek ve ISTA ve astronomlarının parmak izlerini uzun yıllar boyunca yörüngeye koyacak.

“ISTA’nın genç astronomi alanı için heyecan verici zamanlar bunlar,” diye sonlandırıyor Götberg.