Evrendeki ilk yıldızlardan birine ait olabilecek tuhaf kalıntılar keşfedildi…
Şekil 1. Hipernova patlaması geçiren kırmızı dev bir yıldızın sanatsal gösterimi.
Gökbilimciler, evrenin ilk yıldızlarından biri olma ihtimali olan bir yıldız fosili veya kalıntısı olduğuna inandıkları son derece sıra dışı bir yıldız tespit ettiler.
AS0039 adlı yıldız, güneş sisteminden yaklaşık 290 bin ışıkyılı uzaklıkta bulunan Heykeltıraş cüce gökadasında yer almaktadır (Bu gökada Güney Yarımküreden görülebilen Heykeltıraş Takımyıldızında yer almaktadır). Bu yıldız kalıntısı, Samanyolu dışında ölçülen herhangi bir yıldıza göre en düşük metal bolluğuna ve özellikle de en düşük demir konsantrasyonuna sahiptir. Araştırmacılar, kalıntının, evrenin çok az metal içeren en eski yıldızlarından birinin doğrudan soyundan geldiğinin kanıtı olduğunu düşünüyorlar.
Konu ile ilgili araştırmayı yapan ekip, AS0039’un ilksel ata yıldızının yaklaşık 20 güneş kütlesi olacağını ve muhtemelen bir hipernova sonucunda yaşamının son bulduğunu tahmin etmektedir. Hipernova; normal bir süpernovadan 10 ila 100 kat daha güçlü bir yıldız patlamasıdır.
Keşif, evrenin ilk yıldızları hakkında şimdiye kadar doğrudan veya dolaylı olarak hiç gözlemlenmemiş yeni bilgiler ortaya çıkarabilir. İngiltere’deki Cambridge Üniversitesi’nden bir astronom olan ortak yazar Mike Irwin, AS0039, ilk yıldızların doğasını ve özellikle de yıldız kütlelerini araştırmamızı sağlayan alışılmadık bir kimyasal bileşime sahip olduğunu belirtmektedir.
İlk yıldızlar
Tüm yıldızlar, çekirdekteki kimyasal elementlerin kaynaşmasıyla (çekirdek tepkimeleri) beslenen plazma adı verilen sıcak gaz topları olsa da son derece çeşitlidirler; boyut ve renk gibi oldukça farklı özelliklere sahip olabilirler. Ancak tüm yıldızlar, kimyasal bileşimlerine veya metalik özelliklerine (Gökbilimciler H ve He’dan daha ağır tüm elementleri metal olarak adlandırır) bağlı olarak, Popülasyon I, Popülasyon II ve Popülasyon III olmak üzere üç farklı gruba ayrılabilir.
Popülasyon I yıldızları, güneş ve gözlemlenebilir evrendeki diğer birçok yıldız gibi, yüksek metal içeriğine – özellikle de demire sahiptir – kalsiyum ve magnezyum gibi nispeten ağır elementler bakımından zengindir. AS0039 gibi Popülasyon II yıldızları ise çok daha nadirdir; bu metalden fakir yıldızlar sadece eser miktarda ağır element içerir. Daha önce hiç görülmemiş olan Popülasyon III yıldızları neredeyse hiç metal içermez ve sıfır ağır elemente sahiptir. Popülasyon III yıldızları hiçbir zaman tespit edilmemiş olsa da, gökbilimciler evrende doğan ilk yıldızların Popülasyon III yıldızları olduğunu bilir.
Şekil 2. Erken evrendeki Popülasyon III yıldızlarının sanatsal gösterimi.
Yıldızlar, nükleer füzyon ile hidrojen atomlarını, muazzam miktarda enerji açığa çıkaran helyuma dönüştürür. Çoğu yıldız – yaklaşık 1.4 güneş kütlesine kadar olanlar – hidrojen yakıtlarını, hiç kalmayıncaya kadar yavaşça tüketirler, kırmızı devlere dönüşürler ve sonunda da beyaz cücelere dönüşürler.
Ancak daha büyük yıldızlar hızla hidrojenlerini tüketirler ve helyumu karbona, sonunda karbonu da bir yıldızın oluşturabileceği en ağır element olan demire dönüştürmeye başlarlar. Sonunda, bu büyük yıldızlar çok yoğun hale gelirler ve kendi içlerine çökerek bir süpernova patlaması yaşarlar. Bu patlama sadece yıldızın elementlerini çevreleyen alana dağıtmakla kalmaz, aynı zamanda demirden daha ağır elementler oluşturmak için yeterli enerjiyi serbest bırakır. Böylece demirden daha ağır elementlerin bu tür patlamalarda üretilmesi mümkün olur (Yıldızlar, merkezlerinde sadece demire kadar element üretilebilmektedir).
İşte yeni yıldızlar da genellikle önceki yıldızlardan arta kalan gaz bulutlarında doğarlar, bu nedenle oluştuklarında onlardan önce gelen patlamış yıldızlardan bazı metal ve ağır elementleri alırlar. Sonuç olarak, bugün gözlemlenen tüm yıldızlar, kendilerinden önce gelen yıldızların artıklarından oluştukları için, Popülasyon I veya II yıldızları olmaktadır.
Ancak, evrendeki ilk yıldızlar, Büyük Patlama’dan sonra oluşan ilk element olan saf hidrojenden meydana gelmiş Popülasyon III yıldızlarıdır. “Popülasyon III yıldızları, evrende oluşan ve dolayısıyla sıfır metaliklikten oluşan ilk nesil yıldızlar olarak tanımlanır.” (Michael J. Irwin)
Bu birincil yıldızlar da ağır elementlerden yoksundu çünkü onlardan önce henüz hiç süpernova patlaması olmamıştı ve dolayısıyla bu yıldızlar bir süpernova sonucu oluşmamıştı.
Hipernova ürünleri
Araştırmacılar AS0039’u bulduğunda, diğer Popülasyon II yıldızlarıyla karşılaştırıldığında bile metal açısından ne kadar fakir olduğuna şaşırdılar.
AS0039, kendi gökadamızın dışında incelenen herhangi bir yıldız için en düşük metal konsantrasyonuna ve evrende şimdiye kadar incelenen herhangi bir yıldıza göre de en düşük karbon konsantrasyonuna sahiptir. Aynı zamanda, özellikle magnezyum ve kalsiyum açısında, çok düşük miktarlarda olağandışı ağır element oranlarına sahiptir. Bu bulgular, AS0039’un bir Popülasyon III yıldızının kalıntılarından oluşan ikinci nesil bir yıldız olabileceğini düşündürmektedir.
Şekil 3. Heykeltıraş cüce gökadasının bir görüntüsü. (ESO/Digitized Sky Survey 2)
Bilgisayar simülasyonları, AS0039’u doğuran Popülasyon III yıldızının büyük olasılıkla güçlü bir hipernova patlamasında öldüğünü öngörmektedir. “Popülasyon III yıldızlarının genellikle bugün gördüğümüz yıldızlardan daha büyük olduğuna inanıyoruz, bu nedenle Popülasyon III yıldızının bir hipernova olarak sonuçlanması şaşırtıcı olmaz.” (Michael J. Irwin)
Araştırmacılar, AS0039’un keşfinin, gökbilimcilerin daha fazla ikinci nesil metal açısından fakir Popülasyon II yıldızlarını bulmalarına yardımcı olacağını umuyorlar; bu da Popülasyon III yıldızlarının boyutuna ve dağılımına ışık tutacaktır. Bu sayede hidrojen dolu erken evreni bugün de gözlemlediğimiz evrene dönüştürmede oynadıkları rolü anlamamız mümkün olacaktır.
Irwin’e göre, “AS0039, Popülasyon III yıldızlarının özelliklerini öğrenmenin mümkün olduğunu gösteriyor ve daha fazla örnek bulmanın yolunu işaret ediyor. Bu, evrenin bugün gözlemlediğimiz şeye nasıl evrimleştiğini anlamamıza yardımcı olması açısından hayati önem taşımaktadır.”
Bu çalışma çevirmiçi olarak 13 Temmuz 2021’de The Astrophysical Journal Letters’da yayımlandı. (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ac0dc2).
Çev.: Dr. Tuncay DOĞAN
