Yeni ölçümler, yıldız oluşumunun azalmasının basit bir ‘yakıt krizi’nden kaynaklanmadığını gösteriyor

Evren giderek daha az sayıda yıldız “bebeği” doğuruyor. Geçtiğimiz 4,5 milyar yılda yıldız doğum oranı eskisinin yarısından daha azına düştü. Ancak işin ilginç yanı şu: Yıldızların oluşması için gereken en gerekli “yakıt” neredeyse hiç azalmadı.

Bu bulgu, Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrüman (DESI) projesiyle işbirliği içinde Çin Bilimler Akademisi’nden (CAS) araştırmacıların liderliğindeki uluslararası bir ekipten geliyor. Geçtiğimiz 4,5 milyar yıl boyunca kozmik nötr atomik hidrojenin yüksek hassasiyetli ölçümlerini yapmak için Çin’in Beş Yüz Metre Açıklıklı Küresel Radyo Teleskobunu (FAST) kullandılar.

Çalışma, kozmik yıldız oluşumunun bu dönemde dramatik bir şekilde azalmasına rağmen, galaksiler için hayati bir gaz rezervuarı olan nötr atomik hidrojenin (HI) çok az azaldığını ortaya koyuyor.

Bu bulgu çevrimiçi olarak şu tarihte yayınlandı: Doğa Astronomi 1 Eylül’de.

Kozmik yakıtta bir uyumsuzluk

Evrenin yeni yıldızlar oluşturması neden zorlaştı? Bu soru uzun süredir galaksi oluşumu ve evrimi çalışmalarının merkezinde yer alıyor. Bunun doğal bir açıklaması, evren yaşlandıkça, yıldızların doğuşunu sağlayan soğuk gazın sürekli olarak tüketilmesi ve kaçınılmaz olarak yıldız oluşumunda bir düşüşe yol açmasıdır. Ancak eğer bu doğruysa, yıldız oluşum oranındaki düşüşe, aynı zamanda soğuk gaz rezervuarının keskin bir şekilde tükenmesi de eşlik etmelidir. Ancak böyle bir tükenme tespit edilmedi.

HI, galaksilerdeki büyük ölçekli kozmik gaz döngüsünü iç yıldız oluşumuna bağlayan önemli bir soğuk gaz rezervuarıdır ve esas olarak son derece sönük 21 santimetrelik radyo emisyon hattı aracılığıyla tespit edilir. Ne yazık ki, uzak galaksilere ait bireysel sinyaller sıklıkla arka plandaki gürültünün gölgesinde kalıyor.

Bu nedenle gökbilimciler uzun süredir sinir bozucu bir ikilemle karşı karşıyaydı: Derin gözlemler geniş alanları kapsayamıyordu, geniş alan araştırmaları ise zayıf sinyalleri tespit etme hassasiyetinden yoksundu. Sonuç olarak, düşük ila orta kırmızıya kayma evrenindeki toplam HI kütlesinin gelişiminin doğrudan ve güvenilir bir şekilde ölçülmesi zor olmaya devam etti.

Milyonlarca zayıf sinyalin istiflenmesi

Bu darboğazın üstesinden gelmek için yeni çalışma, FAST’ın ultra yüksek radyo duyarlılığını DESI’nin devasa optik spektroskopik araştırmasıyla birleştirdi. Araştırmacılar, gökyüzünün neredeyse üçte birini kaplayan yaklaşık 2,5 milyon galaksiden oluşan geniş bir örneği analiz etti.

Yenilikçi bir HI spektral istifleme tekniği kullanarak, hassas galaksi kırmızıya kaymalarına dayalı olarak zayıf, aksi takdirde tespit edilemeyecek radyo sinyallerini hizalayıp istiflediler. Bu onların gürültüden ortalama HI sinyalini çıkarmasına ve kozmik nötr hidrojenin evrimini benzeri görülmemiş bir istatistiksel hassasiyet ve örnek boyutuyla izlemesine olanak sağladı.

Kesin ölçümler çarpıcı bir eşitsizliği ortaya çıkardı: 4,5 milyar yıl önce, kozmik yıldız oluşum hızı bugüne göre yaklaşık 2,5 kat daha yüksekti, buna karşılık gelen nötr atomik hidrojen yoğunluğu ise mevcut seviyesinin yalnızca yaklaşık 1,4 katıydı. Bu, yıldız oluşum faaliyeti hızla düşerken kozmik HI rezervuarının aynı anda kurumadığını gösteriyor. Bu karşıtlık, hızlı hidrojen tükenmesinin yıldız oluşumundaki azalmayı açıklayamayacağını gösteriyor.

Odaklanmayı değiştirme

Araştırmacılara göre bu buluş, bilimsel odağı “gazın tükenip tükenmediği”nden “bol miktarda nötr hidrojen rezervine rağmen yıldız oluşturmanın neden giderek zorlaştığı”na kaydırıyor.

Yıldızlar öncelikle daha yoğun moleküler gaz bulutlarında doğarlar ve nötr atomik hidrojen, büyük ölçekli kozmik gaz kaynağı ile moleküler gazın oluşumu arasında kritik bir ara aşamada bulunur. Çalışma, en önemli geç zaman değişikliklerinin toplam HI rezervuarında değil, baryon döngüsü boyunca gaz akışında meydana gelebileceğini öne sürüyor.

Kozmik ağdan gelen gaz kaynağı zayıfladıkça ve gaz yoğunluğu azaldıkça, HI’yı moleküler hidrojene dönüştürme verimliliği muhtemelen düşecektir. Bu mekanizma, yıldızları doğrudan besleyen moleküler gaz giderek azalsa bile HI rezervuarının nispeten sabit kalmasını sağlar.

Sonuç olarak bu çalışmanın önemi evrende ne kadar hidrojen bulunduğunu ölçmenin çok ötesine geçiyor. Bunun yerine, evrenin devasa yıldız motorlarının neden yavaş yavaş kapandığını anlamak için çok önemli yeni ipuçları sağlıyor.

Galaksi çalışmaları için yeni bir ölçüt

Araştırmacılara göre, FAST ve DESI’nin ortak gözlemi, kozmik gaz döngüsünün son aşamasını, yıldız oluşumunun azalmasını ve galaksilerin daha geniş evrimini ortaya çıkarmak için yeni bir gözlemsel ölçüt oluşturuyor.

Araştırma, DESI’ye katılan araştırmacılarla işbirliği içinde Çin Ulusal Astronomi Gözlemevi, CAS Şangay Astronomi Gözlemevi ve Şangay Jiao Tong Üniversitesi’nden bilim adamları tarafından yürütüldü. Çalışma, hassas radyo gözlemlerini büyük ölçekli optik spektroskopiyle birleştirmenin bilimsel gücünü vurgulayan Asya, Kuzey Amerika ve Avrupa’daki araştırma kurumlarından katkıda bulunanları içeriyor.