Çin’deki Tsinghua Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Sijia Cai ve ekibinin incelediği MPG-CR3 (kısaca CR3) adı verilen galaksi tam da böyle bir aday: 11 milyar yıl önce oluştuğu düşünülen bu galakside neredeyse hiç “metal” yok. Bu, evrendeki ilk nesil yıldızlar olan ve uzun süre yalnızca teorik olarak kalan Popülasyon III (Pop III) yıldızlarının burada saklanıyor olabileceği olasılığını artırıyor.
İLK YILDIZLAR KİMLER?
Astrofizikte yıldızlar kabaca üç “popülasyona” ayrılır. Bugün gördüğümüz Güneş gibi yıldızlar Popülasyon I ve II sınıflarına aittir. Bunlar arasında hidrojen ve helyumun yanı sıra oksijen, karbon ve demir gibi “ağır elementler” de yer alıyor. Kozmolojide bu elementlerin tümüne basitçe “metaller” denir.
Ancak Popülasyon III yıldızları teorik olarak Büyük Patlama’dan sonra oluşan ilk nesil yıldızları temsil eder. Evrenin o çok genç döneminde hidrojen ve helyum dışında neredeyse hiç element yoktu. Ağır elementler yalnızca bu ilk yıldızların kalplerinde ve patladıkları süpernovalarda üretildi. Yani Pop III yıldızları tanım gereği neredeyse tamamen metal içermez.
Onlarca yıldır gökbilimciler bu “ilk yıldızları” aradılar ancak onları doğrudan tespit edemediler. Genel olarak ele alınan dönem, Büyük Patlama’dan sonraki ilk milyar yıl yani “Yeniden İyonlaşma Çağı”dır. Evrenin ilk yıldızlar ve galaksilerle dolmaya başladığı dönem…
GEÇ SAFLIK
CR3 Galaxy’nin muhteşem olmasının nedeni budur. Çünkü bu galaksiden gelen ışık bize evrenin doğumundan yaklaşık 2-3 milyar yıl sonra ulaşıyor. Yani Pop III yıldızlarının oluşmasının beklendiği dönemden çok sonra.
Bunca zaman sonra evrende pek çok yıldız doğmuş, yaşamış ve ölmüş olmalı. Ürettikleri ağır elementler, etraflarını saran gaz ve toz bulutlarını “kirletmiş”, yani onları metallerle zenginleştirmiş olmalı. Teoriye göre bu kadar geç oluşan bir galakside “saf” gaz bulmak mümkün değildi.
Ancak JWST, Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskobu (VLT) ve Japonya’daki Subaru Teleskobu’ndan elde edilen veriler CR3’ün istisna olabileceğini öne sürüyor.
GALAKSİNİN METALSİZ İZİ
Bir galakside hangi elementlerin bulunduğunu anlamak için galaksiden gelen ışığın spektrumuna bakarız. Işık, parmak izi gibi içindeki unsurları ortaya çıkarır. CR3’ten gelen ışığın spektrumunda hidrojen ve helyum çizgileri çok nettir. Ancak oksijen gibi ağır elementlerin çizgileri neredeyse yok denecek kadar zayıftır.
Hesaplamalara göre CR3’teki yıldızların “metalikliği” Güneş’inkinin yalnızca 7/1000’idir. Bu, günümüz yıldızlarıyla karşılaştırıldığında inanılmaz derecede zayıf bir kimyasal bileşime sahip oldukları anlamına gelir. Bu, bu yıldızların aslında Pop III’e çok yakın, hatta belki de tamamen Pop III olabileceği ihtimalini güçlendiriyor.
Daha da ilginci galaksinin kendisinin çok genç görünmesi. Modeller CR3’ün yalnızca 2 milyon yaşında olabileceğini söylüyor. Kozmik ölçekte bu neredeyse bir “yenidoğan”.
HELYUM SİNYALİ KAYIP
Gökbilimcilerin özellikle Pop III yıldızlarını ararken aradıkları başka bir imza daha var: Helyum II (He II) adı verilen ve iki elektron kaybetmiş helyuma ait özel bir ışık çizgisi. Çok sıcak ve çok büyük kütleli yıldızlar bu çizgiyi güçlü bir şekilde üretirler.
CR3’ün spektrumunu inceleyen ekip bu He II çizgisini net olarak göremedi. Bu normalde Pop III’ün iddiasını zayıflatacak bir ihmaldir. Ancak araştırmacıların iki açıklaması var:
- Spektrumun bu bölgesinde, Dünya atmosferinden gelen çok güçlü bir OH emisyon hattı, spektrumu “kirletebilir” ve He II sinyalini bastırabilir.
- Veya He II sinyali, birkaç milyon yıllık yıldız oluşumundan sonra doğal olarak çok zayıflayabilir ve artık tespit edilemez hale gelebilir. CR3’ün yalnızca birkaç milyon yaşında olduğu düşünülüyor.
Dolayısıyla He II hattının yokluğu Pop III olasılığını tamamen ortadan kaldırmıyor ancak henüz “kesin Pop III” diyebilecek yeterli veri yok.
EVRENİN ÇÖL CEBİ
Peki, Pop III yıldızlarının çok daha erken oluşması beklenirken, evrenin nispeten geç bir döneminde metal açısından CR3 kadar “temiz” bir galaksi nasıl ortaya çıkabildi?
Bilim adamlarının cevabı CR3’ün kozmik mahallesiyle bağlantılı: Bu galaksinin, “yoğun bölge” olarak adlandırılan, yıldızlar açısından fakir ve çevresine kıyasla oldukça boş bir bölgede yer aldığı düşünülüyor. Yani CR3’ü oluşturan gaz bulutu, evrenin geri kalan kısmına yıldız patlamaları sonucu dağılan metaller tarafından henüz kirlenmemiş olabilir.
Daha kalabalık bölgelerde süpernovalar etraflarındaki her şeyi ağır elementlerle “bulaştırırken”, CR3 neredeyse kendi köşesinde izole halde kalıyor. Gaz bulutu nihayet çökmeye ve yıldızları oluşturmaya başladığında, içindeki madde neredeyse Büyük Patlama’dan sonra olduğu gibi hala “işlenmemiş” bir karışım olabilir.
GENÇ AMA KRİTİK
CR3’ün gerçekten Pop III yıldızlarıyla dolu ilk galaksi olduğu ortaya çıkarsa, bu astrofizik için bir dönüm noktası olacaktır. Çünkü bu türden ilk yıldızların daha önce düşünülenden çok daha “daha yakın”, yani evrenin biraz daha geç bir döneminde bulunması, bunların detaylı olarak incelenmesini kolaylaştırıyor.
JWST ve diğer büyük teleskoplar CR3’ün spektrumunu daha yüksek çözünürlükte gözlemleyecek ve He II çizgisi gibi kritik işaretleri doğrulamaya çalışacak. Ya bu sinyal gerçekten bulunacak ya da neden görünmediğine dair ikna edici bir fiziksel açıklama sunulacak.
Her iki durumda da CR3’ün, evrendeki ilk yıldızların nasıl ve nerede oluştuğunu, galaksilerin nasıl kimyasal olarak “kirlendiğini” ve bugünkü haline geldiklerini anlamada önemli bir rol oynadığı görülüyor. Belki de evrenin en eski sayfalarından biri bu küçük ve “saf” galakside saklıdır.