Yıldızlar küçük galaksiler için oksijen üretir ama çoğunu kaybederler

NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu tarafından toplanan verileri inceleyen bilim insanları, düzinelerce küçük galaksinin, yıldızlarının ürettiği tahmin edilenden çok daha az oksijen içerdiğini buldu. Aralarında bir Rutgers astrofizikçisinin de bulunduğu araştırmacılar, Samanyolu’ndan çok daha küçük olan ve Dünya’ya 22 milyon ışıkyılı uzaklıkta yakın olduğu düşünülen 37 cüce galaksiyi inceledi. Sonuçlar şurada yayınlandı: Astrofizik Dergisi.

Ekibin üyeleri, galaksilerin yıldızlarının yaşamları boyunca ne kadar oksijen ürettiğine dair tahminleri, galaksilerin yıldızlarında, gazında ve tozunda kalan miktarla karşılaştırdı. Galaksiler oksijenin %4 ila %25’ini, ortalama %11’ini tutuyordu.

Oksijeni takip etmek, bilim adamlarının galaksilerin zaman içinde nasıl değiştiğini ve yıldızların oluşturduğu elementlerin evrene nasıl yayıldığını anlamalarına yardımcı olur.

Bilim adamlarına göre, evrende hidrojen ve helyumdan sonra en bol bulunan element olan oksijenin tespit edilmesi ve ölçülmesi nispeten kolaydır. Bu da onu yıldızların ürettiği diğer elementlerin hareketlerine dair yararlı bir ipucu haline getiriyor.

Rutgers Sanat ve Bilim Okulu Fizik ve Astronomi Bölümü’nde doçent olan ve çalışmanın ortak yazarı Kristen Wingfield McQuinn, “Oksijen, yıldızların oluşturduğu temel elementlerden biridir” dedi. “Yani, oksijeni seçmemizin nedeni aslında pratik nedenlerden dolayı.”

Oksijen, Dünya’daki teleskopların kolayca algılayabileceği belirli renklerde ışık yayar. Bilim adamları bu ışığı farklı renklerine ayırıp parlaklığını ölçerek oksijeni tanımlayabilir ve ne kadar mevcut olduğunu tahmin edebilirler.

McQuinn, yıldızların ne kadar oksijen ürettiğini, galaksilerinin ne kadarını tuttuğunu ve ne kadarının çevredeki uzaya kaçtığını inceleyen Rüzgarlar Yoluyla Oksijen Kaybeden Galaksiler (GLOW) projesine liderlik ediyor.

Peki oksijen nereye gitti?

Bulgular, galaktik rüzgarların, büyük yıldızlardan ve yıldız patlamalarından gelen enerjiyle dışarı doğru sürülen gaz akışlarının, oksijeni mevcut bilgisayar modellerinin öngördüğünden daha etkili bir şekilde ortadan kaldırdığını gösteriyor. Süpernova adı verilen bu patlamalar, bazı yıldızların ömrünün sonuna gelmesiyle meydana gelir.

Utah Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü’nde yardımcı doçent ve araştırmanın ortak araştırmacılarından Grace Telford, “Geçmişte bir noktada oksijenin galaksilerin içinde olması gerektiğini biliyoruz, bu nedenle oksijen dışarı atılmış olmalı” dedi. “Ve bunu yapmak için, malzemeleri ev sahibi galaksilerden galaksiler arasındaki boşluğa sürmek için büyük yıldızlardan ve süpernova patlamalarından gelen enerjiye ihtiyacınız var.”

Araştırmacılar, galaksilerdeki yıldızları tek tek ayırt etmek için Hubble’dan önceden toplanmış görüntüleri kullandılar. Yıldızların parlaklığı ve renkleri, araştırmacıların galaksiler yıldız oluşturduğunda ve kimyasal yapılarının nasıl değiştiğini bir araya getirmelerine yardımcı oldu.

Araştırmacılar, üretilen oksijeni ve kalan miktarı tahmin etmeye yardımcı olmak için bu görüntüleri NASA’nın kullanımdan kaldırılmış Spitzer Uzay Teleskobu’nun yanı sıra yer tabanlı Çok Büyük Dizi ve Avustralya Teleskop Kompakt Dizisinden alınan verilerle birleştirdi.

Ekip, ne kadar oksijen kaybettiklerine ilişkin tahminleri test etmek için bu küçük galaksileri inceledi. Bilgisayar simülasyonları oksijenin çoğunun kaçacağını öne sürdü, ancak gözlemler tahmin edilenden daha azının kaldığını gösterdi. 37 tanesinin tümü, Hubble’ın ışıklarının birbirine karıştığını görmek yerine tek tek yıldızları seçebilmesine yetecek kadar yakın. Bilinen cüce gökadaların çoğu bu düzeyde ayrıntı için çok uzaktadır.

Her ne kadar gökbilimciler galaksilerin büyük miktarda oksijen ve diğer ağır elementleri dışarı attığından şüpheleniyor olsalar da, bu elementlerin nereye gittiğini tam olarak açıklayamıyorlar. 2014 yılında yapılan önceki bir araştırmada, Samanyolu’na benzeyen ve hâlâ yıldız oluşturan galaksiler incelenmişti. Oksijenin büyük bir kısmının galaksilerin ana gövdelerini terk ettiğini ve bazılarının onları çevreleyen geniş gaz bulutlarında tespit edildiğini buldu. Gökbilimciler bu çevreleyen bölgeyi galaksi çevresi ortamı olarak adlandırıyor.

GLOW çalışmasında McQuinn ve ekibi, bu araştırmayı çeşitli kütlelere ve çevreye sahip daha küçük galaksileri kapsayacak şekilde genişletti. Diğer araştırmacılar cüce galaksilerin etrafındaki gazda oksijen tespit ettiler, ancak bilim adamları hala eksik oksijenin çoğunun orada mı kaldığını yoksa galaksiler arasındaki boşluğa mı gittiğini bilmiyorlar.

McQuinn, Baltimore’daki Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’nde NASA’nın yeni fırlatılan Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu’nun Bilim Operasyon Merkezi’nin görev başkanıdır.

Gelecekte McQuinn, yakın evrendeki daha küçük galaksileri de incelemeyi umduğunu söyledi. Gökyüzünün geniş bir alanındaki bu sönük ve minik gökadaları bulmak için Roma Uzay Teleskobu’nu kullanmaya yönelik onaylanmış bir programı var. McQuinn, bu galaksileri belirledikten sonra Hubble ve NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak yıldızlarını daha ayrıntılı bir şekilde incelemeyi umuyor. Bu gözlemler, galaksilerin yıldızlarını oluşturduğu zamanları ve yıldız oluşumlarının milyarlarca yıl içinde nasıl değiştiğini bir araya getirmesine yardımcı olacaktı.

Telford, Hubble’ı bazı GLOW galaksilerindeki bireysel büyük yıldızları incelemek için kullanmayı planladığını söyledi. Gözlemleri, oksijen üreten ve onu galaksilerinden dışarı itmeye yardımcı olan yıldızların özelliklerini inceleyecek.

McQuinn, “Ne kadar oksijenin oluştuğunu ve galaksilerin içinde ve dışında ne kadar oksijenin dağıldığını izleyebilmek, galaksinin evrimini anlamamıza yardımcı oluyor” dedi. “Aynı zamanda galaksiler arası ortam olarak adlandırılan galaksiler arasındaki boşluğu nerede ve ne kadar galaksinin zenginleştirdiğini öğrenmemize de yardımcı oluyor.”