VLT’nin keşfettiği parlak gökada CR7’de Popülasyon III yıldızlarına dair işaretler bulundu
ESO’nun Çok Büyük Teleskop’unu kullanan gökbilimciler Evren’in erken dönemlerinde şimdiye kadar bulunan en parlak gökadayı keşfettiler ve içerisinde ilk nesil yıldızların örneklerini içeren güçlü kanıtlar elde ettiler. Büyük kütleli, parlak ve şimdiye kadar sadece teorik olarak öngörülen bu nesneler ilk ağır elementlerin oluşmasına yol açmışlardır — ki bunlar, bugün etrafımızdaki yıldızları, onların etrafındaki gezegenleri ve bildiğimiz türdeki yaşamı meydana getirmek için gerekli olan elementlerdir. CR7 olarak adlandırılan yeni bulunan gökada, şimdiye kadar bilinen en parlak ve uzak gökadadan üç kat daha parlaktır.
Gökbilimciler uzun süredir ilk nesil yıldızların varlığına dair teoriler öne sürüyorlar — bu tür yıldızlara Popülasyon III yıldızları adı veriliyor — ve Büyük Patlama’dan sonra oluşan ilk maddelerle meydana geliyorlar [1]. Bütün ağır kimyasal elementler — oksijen, azot, karbon ve demir, yaşam için gereklidir — ve bunlar yıldızların merkezlerinde oluşmaktadırlar. Yani ilk nesil yıldızlar sadece o sırada var olan elementlerden meydana gelmişlerdir: hidrojen, helyum ve eser miktarda lityum.
Bu Popülasyon III yıldızları boyut ve kütle bakımından çok büyük olduklarından — Güneş’ten birkaç yüz hatta belki de bin kat daha büyük kütleli — kısa süreliğine alev alev yanmakta olan — ve sadece yaklaşık iki milyon yıl içerisinde süpernova olarak patlamaktadırlar. Ancak şimdiye kadar bu tür yıldızların varlığına dair fiziksel kanıtlar herhangi bir sonuç vermemişti [2].
Leiden Gözlemevi (Hollanda) ve Lizbon Üniversitesi (Portekiz), Fen Fakültesi, Astrofizik ve Uzay Bilimleri Enstitüsü’nden David Sobral liderliğindeki bir ekip şimdi ESO’nun Çok Büyük Teleskop’unu kullanarak Evren’in yeniden iyonlaşma olarak bilinen ve Büyük Patlama’dan yaklaşık 800 milyon yıl sonrasına rastlayan dönemini dikkatlice inceledi. Gökyüzünde dar bir alanda derinlemesine bir araştırma yerine, daha geniş bir alanda uzak gökadaların şimdiye kadarki en geniş taramasını gerçekleştirdiler.
Geniş araştırmada VLT ile birlikte W. M. Keck Gözlemevi ve Subaru Teleskopu ve NASA/ESA Hubble Uzay Teleskopu’da kullanıldı. Gözlem verilerine göre çok sayıda parlak ve oldukça genç gökada keşfedildiği onayladı. Bunlardan CR7 olarak bilinen bir tanesi [3], oldukça nadirdi, Evren’in bu döneminde [4] gözlenen açık ara en parlak gökadaydı. CR7 ve diğer parlak gökadaların keşfiyle, araştırma başarıya ulaşmıştı, ancak derinlemesine yapılan incelemeler heyecan verici gelişmelerin habercisi oldu.
VLT üzerindeki X-shooter ve SINFONI aygıtları CR7’de hüçlü iyonlaşmış helyum salınımı buldu ancak — kritik ve heyecan verici bir şekilde — gökada içerisinde ağır elementlerin varlığına dair bir ize rastlanmadı. Bunun anlamı ekibin erken Evren’deki bir gökada içerisinde iyonlaşmış gazları kullanan Popülasyon III kümelerinin varlığına dair ilk anlamlı kanıtları keşfetmesi oluyor [5].
“Keşif ilk başta beklentilerimizi biraz zorladı,” diyor David Sobral, “çünkü bu kadar parlak bir gökada bulmayı beklemiyorduk. Sonra, CR7’nin doğasını parça parça ortaya çıkardığımızda gördük ki, sadece en parlak ve uzak bir gökada bulmakla kalmamış, aynı zamanda Popülasyon III yıldızlarına dair kanıtla da elde etmişiz. Bu yıldızlar bizleri de meydana getiren ilk ağır metalleri oluşturanlardı. Bundan daha heyecan verici bir sonuç olamazdı gerçekten.”
CR7 içerisinde, mavimsi ve az çok kırmızı yıldız kümeleri bulundu, yani tahmin edildiği gibi, Popülasyon III yıldızları aralıklarla oluşmuştu. Ekibin gerçekte izlerine rastladığı şey ise son dönemde oluşmuş Popülasyon III yıldızlarıydı, bu tür yıldızların düşünüldüğünden daha kolay bulunabileceği ortaya çıktı: parlak gökadalardaki normal yıldızlar arasında bulunuyorlar, yani sadece bulunması oldukça zor olan en sönük ve en en küçük ilk gökadalarda değil.
Araştırma makalesinin ikinci yazarı Jorryt Matthee son olarak şunları söylüyor: “Hep nereden geldiğimizi merak etmişimdir. Hatta çocukken bile elementlerin nereden geldiğini öğrenmek istiyordum:kemiklerimdeki kalsiyum, kaslarımdaki karbon, kanımdaki demir. Sonra öğrendim ki, bunların hepsi Evren’in ilk başlarında meydana gelmiş, hepsi ilk nesil yıldızlarda üretilmiş. Bu keşifle, kayda değer şekilde, gerçekten ilk kez bu tür nesneleri görmeye başlıyoruz.”
Gelecekte VLT, ALMA ve NASA/ESA Hubble Uzay Teleskopu ile yapılması planlanan gözlemler sayesinde gözlenen nesnelerin Popülasyon III yıldızları olduğu şüphe götürmeyecek şekilde onaylanacak ve diğer örneklerin araştırılması ve tespiti gerçekleştirilecek.
Notlar
[1] Gökbilimciler şimdiye kadar Samanyolu içerisindeki yıldızları Popülasyon I (Güneş benzeri ağır elementlerce zengin ve disk oluşturan yıldızlar) ve Popülasyon II (ağır element bakımından zayıf, ve Samanyolu’nun merkezi bölgesi ile dış halesinde bulunan yaşlı küresel küme yıldızları) olarak sınıflandırdıkları için Popülasyon III teriminin kullanılması gerekiyor.
[2] Bu yıldızları bulmak oldukça zor: yaşam süreleri çok kısa, Evren’in bu yıldızlardan çıkan ışığa karşı oldukça opak (ışık geçirmez) olduğu zamanlar. Daha önceki benzer bulgular: iyonlaşmış helyumun tespit edilmediği Nagao, ve ark., 2008, iyonlaşmış helyumun tespit edildiği ancak karbon ve oksijenle birlikte bulunduğu De Breuck et al., 2000 ve aktif gökada çekirdeğine dair açık izlerin yanı sıra; iyonlaşmış helyumun tespit edildiği ancak eşdeğer genişliği oldukça düşük ya da zayıf şiddette ve karbonla ve oksijenle birlikte bulunduğu Cassata et al., 2013 çalışmalarıdır.
[3] CR7’nin takma ismi COSMOS Kırmızıya-kayma 7’den gelen bir kısaltma olup, konumuna dair ölçümün kozmik zaman ölçeğindeki yeridir. Kırmızıya kayma değeri arttıkça, gökada daha uzakta olup Evrenin tarihinde daha geçmiş dönemde yer almaktadır. A1689-zD1 adlı gözlenmiş en yaşlı gökada örneğin 7.5 kırmızıya kayma değerine sahiptir.
Takma isim ilham olarak Portekizli futbolcu Cristiano Ronaldo’dan alınmıştır, o da CR7 olarak bilinmektedir.
[4] CR7 aynı unvana sahip ve bu türden biri olduğu düşünülen Himiko’dan üç kat daha parlaktır.
[5] Ekip iki ayrı alternatif teori ortaya attı: ışık kaynağı ya bir AGN’den ya da Wolf-Rayet yıldızıydı. Ağır elementlerin yokluğu ve diğer güçlü kanıtlar iki teoriyi de saf dışı bıraktı. Ekip ayrıca kaynağın alışılmamış bir tür ve teorik bir nesne olan doğrudan-çökmekte olan karadelik olabileceğini düşündü. Geniş salma çizgileri ve hidrojen ve helyum aydınlatma gücü bu tür bir karadelikten beklenen değerlerin oldukça üzerindeydi. Ayrıca X-ışın salınımının olmaması da bu olasılığı saf dışı bırakıyordu, ancak ilave gözlemler gerekliydi.
ESO-Türkiye (Arif Solmaz, Çağ Üniversitesi – Uzay Gözlem ve Araştırma Merkezi, Mersin)
