JWST ile Evrenin Başlangıcına Yolculuk: Popülasyon III Yıldızlarının İzleri Bulundu
Astronomide, hidrojen ve helyum dışındaki elementlere “metal” denir. Bu terim, lisedeki kimya öğretmenlerini belki de kızdırabilir, ancak astronomlar için mantıklı bir kullanımdır. Evrende, en hafif iki element olan hidrojen ve helyum, ilk ortaya çıkan elementlerdir. Büyük Patlama’nın atomik kalıntıları olarak bilinen bu elementler, evrenin %99’undan fazlasını oluşturur. Karbon, demir, altın gibi diğer tüm elementler ise astrofiziksel süreçlerle oluşmuştur. Yıldızların çekirdeklerinde gerçekleşen nükleer füzyon, süpernova patlamaları ve nötron yıldızlarının çarpışmaları gibi olaylar, bu elementlerin oluşumunu sağlar.
Bu astrofiziksel olaylar, evrenin tarihinde meydana gelmiş ve hala gerçekleşmeye devam ettiği için, zamanla metal miktarı artmıştır. Bu nedenle, yıldızları sınıflandırmak için kullanılan yöntemlerden biri de spektrumlarında gözlenen metal miktarıdır. Bu, bir yıldızın metal içeriği veya metalikliği olarak bilinir. Gökbilimciler, bu metaliklik ölçeğine göre yıldızları üç geniş popülasyona ayırır.
Güneşimiz gibi Popülasyon I yıldızları en yüksek metal içeriğine sahiptir. Genellikle en genç yıldızlardır ve gezegen sistemlerine sahip olma olasılığı en yüksektir. Popülasyon II yıldızları ise daha az metal içeriğine sahiptir. Bu yıldızlar daha yaşlı bir popülasyondur ve çoğunluğu kırmızı cüce yıldızlardan oluşur. Geçmişte birçok Popülasyon II yıldızı vardı, ancak uzun zaman önce ölmüşler ve geride beyaz cüceler ve nötron yıldızları kalmıştır. Bu ölü yıldızların kalıntıları, Popülasyon I yıldızlarının oluştuğu hammaddeyi sağlamıştır.
Her iki yıldız popülasyonu da Samanyolu gibi galaksilerde gözlemlenmiştir. Ancak daha önce hiç görmediğimiz üçüncü bir popülasyon da vardır. Popülasyon III yıldızları gerçekten eski olabilir. Bunlar evrende ortaya çıkan ilk yıldızlardır ve neredeyse hiç metal içermezler. Daha ağır elementler olmadan yoğunlaşma sürecine giren Popülasyon III yıldızları, devasa boyutlarda olmalıdır.
Popülasyon III yıldızları, Güneşimizden yüzlerce kat daha büyük ve parlak mavi hidrojen-helyum yıldızları olarak tahmin edilmektedir. Bunlar çok parlak olmakla birlikte çok kısa ömürlü olacaklardır. Uzayda ilk metalleri saçmak için şiddetli ve patlayıcı bir şekilde öleceklerdir. Güneşimiz oluşmadan çok önce tüm Popülasyon III yıldızları yok olmuştur.
Ancak ışığın sınırlı hızı sayesinde, uzaklığı arttıkça geçmişe doğru bakabiliriz. Bu nedenle, gökbilimciler, bu ilk yıldızların kanıtlarını aramak için en uzak galaksilerden bazılarını incelemişlerdir. Şu anda çevrimiçi olan James Webb Uzay Teleskobu (JWST) sayesinde, inanılmaz derecede uzak galaksilerin görüntülerini elde etmekteyiz. Ve yeni bir çalışma, bir ekip tarafından Popülasyon III yıldızlarının ilk görsel kanıtlarının bulunabileceğini öne sürmektedir.
Bu çalışmada, GN-z11 adlı bir galaksinin yakınındaki bir bölgeden gelen spektral çizgilere odaklanıldı. GN-z11, bugüne kadar gözlemlenen en uzak galaksilerden biridir ve z = 10.6 kırmızıya kaymasıyla, yani evren sadece 400 milyon yaşındayken görülmektedir. Bu nedenle, galaksinin büyük bir kısmının Popülasyon II yıldızlarından oluştuğu düşünülmektedir. Ancak Popülasyon III yıldızları hala galaksiyi çevreleyen gaz halesinde oluşmaya devam ediyor olabilir.
Halo bölgesinden gelen spektral çizgiler, aşırı sıcak hidrojen ve helyum gazının iyonlaşmasından kaynaklanan güçlü bir HeIIλ1640 çizgisini göstermektedir. Normalde, böyle sıcak bir yıldızlararası gaz, “metal” elementlerinden kaynaklanan parlak çizgilere sahip olurken, bu bölgede bunlar tespit edilmemiştir. Bu nedenle HeII bölgesi, güçlü bir şekilde iyonize olmuş hidrojen ve helyum gazının bir karışımı gibi görünmektedir.
Bir olasılık, halo bölgesinin GN-z11’in merkezindeki aktif bir galaktik çekirdek (AGN) tarafından ısıtılmış olabileceğidir, ancak halo gazının tahmini sıcaklığı ve galaktik uzaklık AGN modeliyle tam olarak uyuşmamaktadır. Diğer bir alternatif ise bölgenin büyük Popülasyon III yıldızları tarafından iyonize edilmiş olmasıdır. İyonizasyon seviyelerine bakıldığında, bu yıldızların Güneş’ten yaklaşık 500 kat daha büyük olması gerekmektedir, ki bu da Popülasyon III yıldızlarının tahmin edilen kütle aralığına uygun düşmektedir.
Bu çalışma, Popülasyon III yıldızlarının varlığını kanıtlamak için yeterli olmasa da, ikna edici bir argüman sunmaktadır. Uzak galaksiler için daha fazla gözlem yapmamız gerekmektedir ve JWST sayesinde bu gözlemlere başlıyoruz. JWST’nin gelişmiş yetenekleri ve daha derinlere bakma kabiliyeti, evrenin başlangıcına daha da yaklaşmamızı sağlayacak ve Popülasyon III yıldızlarının doğrulanması için daha fazla kanıt sağlayabilecektir.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: JWST ile Evrenin Başlangıcına Yolculuk: Popülasyon III Yıldızlarının İzleri Bulundu
Bilim İnsanları Evrendeki İlk Yıldızların Kalıntılarını Buldu