‘Yıldız babalık testleri’ yetim yıldızları Samanyolu kökenleriyle eşleştiriyor

Açık yıldız kümelerinin kaotik ortamında, cisimler arasındaki güçlü yerçekimsel etkileşimler, kümenin çok dışına, hatta galaksimiz Samanyolu’nun dışına bile bireysel yıldızları fırlatabilir. Şimdi araştırmacılar ilk kez Avrupa Uzay Ajansı’nın Gaia Misyonu’ndan elde edilen yeni verileri kullanarak galaksi diskinin dışında bulunan bu yıldızlardan birkaçını köken kümeleriyle eşleştirdiler.

Lehigh Üniversitesi’nden araştırmacılar bugün, “Yıldız Babalık Testleri: Yüksek Enlem B Yıldızlarını Doğdukları Açık Kümelerle Eşleştirme” bulgularını bugün düzenlenen bir basın toplantısında sundular. Amerikan Astronomi Topluluğu’nun (AAS) 243. toplantısı New Orleans’ta.

Lehigh Üniversitesi’nden fizik profesörü M. Virginia (Ginny) McSwain, “Nereden kaynaklandıklarını görmek için onları zamanda geriye doğru takip ederek, 15 tanesini doğdukları yıldız kümesiyle eşleştirebiliyoruz” dedi. “Bu yıldızlardan bazılarının nereden geldiğini büyük bir güvenle söyleyebilirsek, Samanyolu’ndaki yıldız kümelerinin tarihi hakkında daha fazla bilgi sahibi olacağız.”

Samanyolu’nun merkezinde daha kalın çaplı sarmal kolları içeren ince diskinin dışındaki yıldızların çoğu sekiz milyar yıldan daha yaşlıdır ve galaksinin tarihinin erken dönemlerinde oluşur. Çok ileri yaşları göz önüne alındığında doğdukları yerlerden çok uzaklara seyahat etmeleri şaşırtıcı değil.

Galaksimizin yıldız oluşumunun neredeyse tamamı ince diskte meydana geldiğinden, bu bölgenin dışında sıcak B-tipi yıldızlara nadiren rastlanır. Ancak 10 ila 100 milyon yaşında oldukları tahmin edilen bu genç yıldızların az bir kısmı, diskin üstünde ve altında yüksek irtifalarda bulunuyor ve muhtemelen son birkaç milyon yıl içinde doğdukları kümelerden dışarı atılmış durumda.

Projeyle ilgili temel araştırmayı sağlayan Lehigh Üniversitesi lisans öğrencisi Brandon Schweers, “Sıcak yıldızlar çoğu zaman diskin dışına çıkmazlar, dolayısıyla çıktıklarında da gözle görülür biçimde yerlerinin dışına çıkarlar” dedi. “‘Ana’ kümeler muhtemelen bu B-tipi yıldızların çoğunu, yakın, üç veya dört cisimden oluşan yerçekimsel etkileşimler kümenin bir üyesini dışarı fırlattığında ve onları Samanyolu düzleminden kaçmaya gönderdiğinde fırlattı.”

Astrofizik alanında kıdemli araştırmacı olan Schweers, incelenen bir yıldızın özellikle yüksek bir hızla dışarı fırlatıldığını, dolayısıyla yakın bir ikili yıldız sistemindeki bir süpernova sırasında dışarı atılmış olabileceğini söyledi. Hatta yıldızlar yalnızca geri dönmek ve tekrar sapanla dışarı fırlatılmak üzere dışarı fırlatılabilir.

Bu “öksüz” yıldızlar yirmi yıldır biliniyor olsa da, onları başlangıçlarına kadar takip edecek kaliteli veriler mevcut olmadığından hiçbirinin başlangıç ​​yeri daha önce haritalandırılmamıştı. Ancak Gaia Misyonu’ndan elde edilen veriler sayesinde araştırmacılar, yıldızların hareketlerini daha önce mümkün olandan daha yüksek bir hassasiyetle çözebildiler.

Zamanı geriye doğru izlemek için yörüngeleri kullanma

2013 yılında başlatılan Gaia Misyonu, Samanyolu’ndaki bir milyardan fazla yıldızı araştırmayı ve galaksinin kesin bir üç boyutlu haritasını oluşturmayı amaçlıyor. Veriler, yıldızlar için benzeri görülmemiş konum ölçümlerini ve en parlak 150 milyon nesnenin radyal hız ölçümlerini içeriyor.

Lehigh araştırmacıları, 2022’de yayınlanan Gaia verilerine dayanarak, geçmişte kesişmiş olabilecekleri ve bir fırlatmanın meydana gelebileceği anları belirlemek için 95 yüksek enlem B yıldızının ve yaklaşık 1.400 bilinen galaktik açık kümenin kinematik yörüngelerini izledi.

McSwain, “Uzaydaki 3 boyutlu konumlarını ve 3 boyutlu hızlarını kullanarak, her kümenin ve yüksek enlemdeki yıldızın son 30 milyon yıldaki yörüngesini hesaplayabildik” dedi. Galaksinin çekim alanını her noktada modellemek amacıyla galaktik dinamik analizi için açık kaynaklı Python galpy paketini kullandılar.

Potansiyel eşleşmeleri belirledikten sonra, fırlatılan her yıldızın rengini ve parlaklığını, her açık küme için bir renk büyüklüğü diyagramı olan Hertzsprung-Russell (HR) diyagramıyla karşılaştırdılar. Açık bir kümede genellikle aynı mesafede, aynı yaş ve bileşime sahip binlerce yıldız bulunur.

McSwain, “HR diyagramının şekli çoğunlukla kümenin yaşına bağlıdır, dolayısıyla fırlatılan yıldızın potansiyel küme kardeşleriyle benzer yaşta olup olmadığını söyleyebiliriz” dedi. İK testinin uygulanması potansiyel eşleşmelerin listesini daha da daralttı.

Son olarak, olası bir eşleşme olan her kümenin çekirdek yoğunluklarını analiz ettiler. Daha yüksek yoğunluğa sahip kümeler, üyeler arasında daha fazla güçlü yerçekimsel etkileşime sahiptir ve bu da onlara yıldız fırlatma konusunda en fazla potansiyeli sağlar.

Babalık testleri olumlu çıktı

Bu araçları birleştiren araştırmacılar, 15 yetim yıldız için pozitif babalık eşleşmelerini doğruladılar. Bu galaktik soybilimsel izleme, Schweers’e sunumun başlığı fikrini veren şeydi.

“Potansiyel eşleşmelerin rengini ve parlaklığını karşılaştırma ve HR diyagramlarında zayıf korelasyon gösterenleri eleme aşamasına geldiğimde, yetim yıldızların ve onların potansiyel kardeşlerinin ‘DNA’sını karşılaştırıyormuşum gibi hissettim.” Schweers ona “Maury Povich Gösterisi”ni hatırlatarak dedi.

“Sanırım herkes o diziden gelen ‘Sen babası değilsin’ deyimini duymuştur. Bu kümelerin çoğu için, aslında onlara bu öksüz yıldızların ebeveyni olmadıklarını anlatıyordum, bu yüzden bu ismi buldum. ‘Yıldız Babalık Testleri'” dedi.

Yörünge hesaplamalarına dayanarak araştırmacılar, fırlatılmaların yaklaşık 5 ila 30 milyon yıl önce gerçekleştiğini tahmin ediyor; “terk edilmiş yıldızlar Samanyolu boyunca 30-220 kilometre/saniye (67.000-490.000 mil/saat) hızla şimdiki konumlarına fırlatılıyor.” ,” yazdılar. “Sonuçlarımız, her yetim yıldız için fırlatma yaşının bir ölçüsünü sağlıyor ve genç açık kümelerde dinamik ve süpernova püskürmesinin göreceli önemine dair yeni bir bakış açısı sağlıyor.”

Uzaktaki yıldızların bir kısmını eşleştirebilseler de, bazılarının Samanyolu diskine kadar takip edilemediğini, bunun da diğer olağandışı senaryolar için kanıt sağlayabileceğini eklediler. Bunlar, diskin dışındaki moleküler bulutlarda nadir görülen yıldız oluşumunu içerebilir veya geçmişte Samanyolu ile birleşmiş olan cüce gökadaların kalıntıları olabilir.

Araştırma projesine 2022 yılında mezun olan lisans astrofizik öğrencisi Christopher J. Aviles Bramer katkıda bulundu.