JWST, İlk Karanlık Madde Yıldızlarını Keşfetmiş Olabilir



JWST, İlk Karanlık Madde Yıldızlarını Keşfetmiş Olabilir

İlk olarak, James Webb Uzay Teleskobu (JWST), astronomların varlığından bile emin olmadığı nadir bir yıldız türünü görmüş olabilir. “Karanlık yıldızlar” olarak adlandırılan bu yıldız nesneleri, nükleer füzyonla değil, karanlık maddenin – evrendeki maddenin yaklaşık yüzde 85’ini oluşturduğu düşünülen görünmez şeyin – kendi kendini yok etmesiyle beslenmiş olabilir. JWST tarafından görülen aday yıldızların onaylanması için daha fazla kanıta ihtiyacı olacak, ancak eğer gerçeklerse, bulgu ilk yıldızların nasıl oluştuğuna dair hikayemizi değiştirebilir.

Adlarının aksine, karanlık yıldızlar tipik olarak güneşten bir milyar kat daha parlak bir şekilde parlayabilir ve kütlelerinin bir milyon katına ulaşabilirdi. Karanlık yıldızlar hiçbir zaman kesin olarak gözlemlenmedi, ancak kozmolojik simülasyonlar, büyük patlamadan hemen sonra, karanlık madde açısından zengin protogalaksilerin merkezlerinde çöken saf hidrojen ve helyum bulutlarından oluşmuş olmaları gerektiğini öne sürüyor.

Şimdi araştırmacılar raporda ABD Ulusal Bilimler Akademisi Tutanakları JWST tarafından gözlemlenen ve daha önce galaksiler olarak tanımlanan en az üç uzak nesnenin aslında her birinin tek, süper kütleli karanlık yıldızlar olabileceği. Austin’deki Teksas Üniversitesi’nden bir astrofizikçi olan çalışmanın ortak yazarı Katherine Freese, “Yeni bir tür yıldız bulursanız, bu çok büyük” diyor.

Araştırmacılar, nesnelerin karanlık yıldızlar olduğunu henüz kanıtlayamadılar – yalnızca özelliklerinin, karanlık yıldızlar veya düzenli füzyonla çalışan yıldızların yaşadığı galaksiler olmalarıyla tutarlı olduğunu. JWST’nin teknolojisi bu işi yapmak için yeterli, ancak Colgate Üniversitesi’nde bir astrofizikçi olan ortak yazar Cosmin Ilie diyor. Araştırmacıların ihtiyacı olan tek şey daha fazla gözlem zamanı. Ilie, “Webb ile bu karanlık yıldızlardan birini ömrü içinde bulacağımızı umuyoruz” diyor.

Evrendeki ilk yıldızların nasıl oluştuğuna dair iki olasılık var. Geleneksel görüş, bu ilk yıldızların “Nüfus III” yıldızları olduğu yönündedir. Bu tür yıldızlar, bugünkü yıldızlar gibi, nükleer füzyonla güçlendirilecekti, ancak içlerinde çok az metal olacaktı veya hiç yoktu – astronomide, bu helyumdan daha ağır elementler anlamına gelir – çünkü bu elementler erken evrende henüz oluşmamıştı.

Yine de başka bir olasılık var. 2008’de Freese ve bazı meslektaşları, evrenin ilk yıldızları karanlık maddeden güç almış olabilir. Karanlık madde, elektromanyetik kuvvetlerle etkileşime girmeyen gizemli bir madde şeklidir; bilim adamları onun var olduğunu yalnızca yerçekimi etkilerinden biliyorlar ve neyden yapıldığını bilmiyorlar.

Erken evrende, büyük patlamada oluşan helyum ve hidrojen bulutlarının çökmesinden karanlık yıldızlar oluşmuş olabilir. Pek çok karanlık madde teorisinin öne sürdüğü gibi, karanlık madde parçacıkları aynı zamanda kendi antiparçacıklarıysa, o zaman bu çökmekte olan bulutların içinde bu parçacıklar birbirleriyle çarpışır ve kendi kendini yok ederdi. Çarpışma, fotonların, elektron-pozitron çiftlerinin ve nötrinoların üretimiyle sona eren bir parçacık bozunma zincirini başlatacaktı. Sadece nötrinolar bulutu gerçekten terk edebilirdi, çünkü madde ile zar zor etkileşime girerler. Diğer parçacıklar hidrojen ve helyuma çarparak enerjilerini bu maddeye aktarmış olacaklardı, bu da bulutu ısıtacak ve yıldızın oluşumunu ve devam eden büyümesini hızlandıracaktı.

Bu yıldızlar, Büyük Patlama’dan 200 milyon yıl sonra, helyum ve hidrojenden daha ağır elementlerin ortaya çıkmasından önce var olan erken protogalaksiler olan “minihaloların” merkezinde oluşmuş olmalı. Bu mini haleler neredeyse tamamen karanlık maddeden oluşuyordu ve karanlık yıldızlara güç sağlamak için koşulları olgunlaştırıyordu. Freese, bu yüksek karanlık madde konsantrasyonunun, karanlık yıldızların neden yalnızca erken evrende oluşabileceğini söylüyor.

Yıldızlar nispeten soğuk olacağından ve nükleer füzyonla çalışan yıldızların yaptığı yüksek enerjili fotonları yaymayacaklarından, kütle eklemeye devam ederek ömürleri boyunca daha büyük ve daha büyük şişmelerine neden olabilirlerdi.

Freese, “Şimdi tuhaf bir şeye sahipsiniz,” diyor. “Yüzey sıcaklığı bakımından güneşe benziyor ama ondan milyarlarca kat daha parlak. Füzyonla çalışan yıldızlardan oluşan bir galaksi kadar parlak olabilir.”

Ömürlerinin sonunda, büyük kara yıldızlar, büyük kütleli karadeliklere çökeceklerdi. Ilie, bunun, evrende gözlemlenen ve füzyonla güçlendirilmiş Popülasyon III yıldızlarından bu kadar hızlı oluşmuş olamayacak kadar büyük görünen eski süper kütleli kara deliklerin bazıları için potansiyel bir açıklama olabileceğini söylüyor.

Karanlık yıldızları aramak için Freese, Ilie ve lisans öğrencisi Jillian Paulin, JWST’nin erken evrenden veya yaklaşık 14 milyar yıl öncesinden olduğunu belirlediği nesnelerin kataloğunu aradılar. Bu nesnelerden yalnızca dokuzu, elektromanyetik emisyonları hakkında çalışma için yararlı olacak kadar yeterli veriye sahipti. Bu dokuz kişiden üçü, karanlık bir yıldızın neye benzeyeceğine iyi uyuyordu. Bu nesnelerin kırmızıya kayması yüksekti, yani eski ve uzak nesnelerin bir işareti olan elektromanyetik spektrumun kırmızı tarafına doğru eğimli ışık yayıyorlardı. Sonbaharda Pensilvanya Üniversitesi’nde yüksek lisans okuluna başlayacak olan Paulin, bunların aynı zamanda muhtemelen bulanık bir galaksi yerine bir yıldız gibi tek bir nokta kaynağından geldiklerini söylüyor.

Araştırmacılar şu anda nesneler hakkında fazla bir şey söyleyemiyor çünkü onlar hakkında yalnızca sınırlı gözlemleri var. Karanlık bir yıldız için “tüten silah”, ışığın galaksilerde değil, yalnızca karanlık yıldızlarda belirli bir helyum izotopu tarafından emildiği elektromanyetik spektrumda belirli bir hıçkırık olacaktır. Ilie, bu tekil nesneleri gözlemlemenin aylarca süreceğini bulmanın, pek çok araştırmacının bir dizi astrofizik problemini çözmek için JWST’yi kullandığı göz önüne alındığında gerçekçi olmadığını söylüyor. Ancak ekip, nesnelerin karanlık yıldızlar olması durumunda, ikisinin güneşin kütlesinin yaklaşık bir milyon katı, birinin ise güneşin kütlesinin yaklaşık 500.000 katı olacağını söyleyebilir.

Araştırma ekibi şimdi daha fazla karanlık yıldız adayı aramak için otomatik bir yöntem geliştiriyor ve bazılarının onaylanması için daha az gözlem süresi gerekebilir. Paulin, “Çok daha fazla aday olmasını beklerdim” diyor.

Çalışmaya dahil olmayan Utah Üniversitesi’nden teorik parçacık fizikçisi Pearl Sandick, karanlık bir yıldızı doğrudan gözlemlemenin “harika” olacağını söylüyor. Bununla birlikte, karanlık yıldızları aramanın başka yolları da vardır, örneğin kozmik mikrodalga arka plandaki imzaları – evrenimizin sıcak ve genç olduğu zamanlardan kalan hafif radyasyon parıltısı. Sandick, karanlık bir yıldız bulmanın yalnızca evrenin erken oluşumuna yeni bir bakış açısı sağlamayacağını, aynı zamanda karanlık madde etkileşimlerini doğrudan gözlemlemek için eşsiz bir fırsat olacağını söylüyor. “Bunu gözlemlemek,” diyor, “karanlık maddenin bir parçacık olarak doğası hakkında gerçekten yeni bir içgörü sağlayacaktır.”



Kaynak : https://www.scientificamerican.com/article/jwst-might-have-spotted-the-first-dark-matter-stars/

Yorum yapın

SMM Panel PDF Kitap indir