Tozla örtülü Samanyolu yıldız kümesi neredeyse evren kadar eski olabilir

Gökbilimciler, Samanyolu’nun merkezine yakın, metal açısından fakir bir küresel küme olan VVV CL001’in yaklaşık 13,4 milyar yaşında olduğunu ve bu da onu galaksimizdeki bilinen en eski yıldız kümelerinden biri yaptığını belirledi. Küme kalın yıldızlararası toz bulutlarının arkasında yer alıyor ve bu da uzaklığının ve yaşının belirlenmesini zorlaştırıyor. Yaşını ve mesafesini tahmin etmeye yönelik metodolojinin ana hatlarını çizen makale, arXiv 20 Ekim’de ön baskı sunucusu. Tarafından yayına kabul edildi. Astronomi ve Astrofizik.

Galaktik fosiller

Küresel kümeler Samanyolu’nun en eski üyelerinden bazılarıdır ve galaksimizin ilk nasıl oluştuğuna dair ipuçları taşırlar. Bu yıldız kümeleri, galaksimizin ilk oluştuğu koşulların fosil kayıtlarını koruyan, 10 milyar ila 13 milyar yıllık yıldızlara ev sahipliği yapıyor.

Bir kümenin yaşı ve kimyasal özellikleri galaksimizin yaşına bir sınır koymak için kullanılabilir. Daha yaşlı kümeler genellikle düşük metal içeriğine sahip olduğundan, gökbilimciler metal açısından fakir küresel kümelerin kesin yaşlarını belirlemek için çalışırlar.

VVV CL001 adı verilen böyle metal açısından fakir bir küresel küme, 2010 yılında Vía Láctea Araştırması’ndaki (VVV) VISTA Değişkenleri tarafından keşfedildi. Araştırmacılar makalede “İç çıkıntı bölgesinde düşük kütleli, düşük parlaklıkta bir yıldız grubu olarak gözlemlendi…” diye yazıyor. 2019’da küme olduğu doğrulandı.

İlginç bir şekilde bu yıldız kümesi galaksinin merkezine çok yakın görünüyor. Ancak araştırmacılar bu yıldızın bize doğru bölgedeki diğer yıldızlardan çok farklı bir hızla ilerlediğini tespit etti ve aslında oraya ait olmayabileceğini düşündü.

Nereden geldiğini bulmak için araştırmacılar galaksideki yolunu incelediler. Yörüngesi kümenin ne kadar uzakta olduğuna bağlı olduğundan, farklı çalışmalar farklı mesafeler varsaymış ve farklı yollar izlemiştir. Asıl suçlunun gerçek mesafeyi ölçmedeki belirsizlik olduğu ortaya çıktı.

Kümenin mesafesini ölçmek zordur çünkü küme, tozun yıldız ışığını kararttığı kalabalık bir bölgede yer almaktadır. Küme aynı zamanda küçük ve soluktur ve daha önceki görüntüler yıldızlarını yeterince gösterecek kadar derin değildi. Üstelik gökbilimcilerin normalde mesafeyi ölçmek için kullandıkları RR Lyrae yıldızları da burada bulunamadı.

Aşamalarda gizli ipuçları

INAF Capodimonte Astronomi Gözlemevi’nden J. Olivares Carvajal liderliğindeki bu yeni çalışmada gökbilimciler, kümenin mesafesini hassaslaştırmak için Magellan Baade 6,5 m Teleskobu üzerindeki FourStar Kızılötesi Kameradan alınan derin ve yüksek kaliteli yakın kızılötesi gözlemleri kullandılar. Kümenin yaşını tahmin etmek için Hubble Uzay Teleskobu resimlerini kullandılar.

Yıldızların gökyüzünde nasıl hareket ettiğini dikkatle takip eden ekip, bir makine öğrenimi algoritması kullanarak gerçekten kümeye ait olan yıldızları seçti. Ekip, yatay dal (HB) ve anakol dönüş (TO) aşamalarındakiler de dahil olmak üzere yaklaşık 155 yıldız buldu. Dönüş, bir yıldızın çekirdeğindeki hidrojeni istikrarlı bir şekilde yakmayı bitirdiği noktadır.

Bundan sonra şişerek kırmızı bir dev haline gelir ve çekirdeğindeki helyumu yakacağı daha sakin bir aşamaya yerleşir. Böyle bir yıldız, renk-büyüklük diyagramında yatay dalda yer alır. Önceki çalışmalar bu kümedeki bu iki aşamayı ortaya çıkarmamıştı.

Ekip, “HB ve TO evrim aşamalarında olanlar da dahil olmak üzere önemli sayıda yeni küme üyesi bulduk ve toplamı 155 yıldıza çıkardık” diye yazıyor. Dönüş noktası yaşa bağlı olduğundan kümenin kaç yaşında olduğunu hesaplamak için en iyi işarettir. HB yıldızları sabit bir parlaklığa sahip olduğundan mesafeyi ölçmek için referans noktaları olarak kullanılabilirler.

Limitin üzerinde mi?

Kümenin yıldızlarını teorik yıldız evrimi modeliyle karşılaştırarak yaklaşık 7,34 kiloparsek (kabaca 24.000 ışıkyılı) mesafe buldular. Bu, kümeyi galaktik çıkıntının içine yerleştirir. Araştırmacılar, “Sonuçlarımız aynı zamanda literatürde bugüne kadar bildirilen en küçük mesafe hatasına da sahip” diye yazıyor. “Ayrıca, gelecekteki çalışmalarda bu sonucu iyileştirmek için yeni optik gözlemler alacağız.”

Daha sonra tozdan daha az etkilenen Hubble Uzay Teleskobu görüntülerini kullanarak kümenin yaşını yaklaşık 13,4 milyar yıl olarak ölçtüler. Ek olarak TO kümesi yıldızlarını kullandılar ve benzer aralıkta bir yaş buldular. Ekip, “Her iki yöntem de küme yaşını 13,4±0,4 Gyr olarak tahmin ediyor; bu da VVV CL001’in çıkıntıdaki ve belki de galaksideki en eski GC olabileceğini öne sürüyor…” diye açıklıyor.

Dolayısıyla Samanyolu’nun kalabalık çıkıntısına ait olması, yerinde oluşmuş eski bir yıldız popülasyonunu temsil ediyor olabilir. Araştırmacılar, kümenin kimyasal yapısını kullanarak sonuçları doğrulamak için kümenin yüksek çözünürlüklü spektroskopik takibini planlıyorlar.

Evrenin yaşı kabaca 13,8 milyar yıllık bir üst sınır empoze ettiğinden, kümeye ilişkin herhangi bir yaş tahmininin kendi belirsizliği içinde bu değerin altına düşmesi gerekir. Ekip, eğer burada doğmuşsa ve gerçekten bu kadar yaşlıysa galaksinin, hatta muhtemelen evrenin yaşını yeniden düşünmeleri gerekebileceğini söylüyor.