Samanyolu Galaksisi'nde yer alan, bugüne kadar keşfedilen en saf ve en eski yıldız astronomların dikkatini çekti. Bu yıldızın, yıldızların yaşam döngüsü tamamlandıktan sonra oluşan 'metallerle' neredeyse hiç kirlenmemiş olması, onu erken evrenin adeta yaşayan bir fosili haline getiriyor. Büyük olasılıkla, evrenin ilk süpernova patlamalarından birinin zenginleştirdiği gazdan doğduğu düşünülüyor.
Bir zamanlar Güneş benzeri düşük kütleli bir yıldız olan SDSS J0715-7334, ana dizilim ömrünün sonuna ulaşmış ve şu anda yaşamının sonlarına yaklaşan bir kırmızı dev konumunda. Bu durum, onun binlerce yıl öncesine dair bilgiler sunmasına olanak tanıyor.
Araştırmayı yöneten Chicago Üniversitesi'nden kozmolog Alexander Ji, "Bu saf yıldızlar, evrendeki yıldızların ve galaksilerin şafağına açılan pencerelerdir" diyor.
Evren'in Büyük Patlama ile var olduğu ilk zamanlarda, uzay atom altı çekirdekleri ve serbest elektronlardan oluşan sıcak, yoğun bir plazma bulutuyla kaplıydı. O dönemde var olan ışık bu bulutu aşamazdı; fotonlar elektronlara çarparak dağılır, bu da evreni karanlık hale getirirdi.
Ancak, Büyük Patlama'dan yaklaşık 300.000 yıl sonra evren, proton ve elektronların birleşerek nötr hidrojen ve az miktarda helyum oluşturmasına izin verecek kadar soğumuştu. Bu saf hidrojen ve helyumun yoğun kümelerinden, popülasyon III olarak bilinen ilk yıldızlar doğdu.
Helyumdan daha ağır elementler, bu yıldızların ölümüyle birlikte evrene yayılmaya başladı.
Yıldızlar, atomların birleşerek daha ağır elementler oluşturduğu füzyon ile enerji üretir. İlk olarak hidrojen helyuma, ardından helyum karbona dönüşür. Astronomide helyumdan daha ağır elementler 'metal' olarak adlandırılır. Bu zincir, demirde sona erer çünkü demirin füzyonu, ortaya çıkan enerjiden daha fazla enerji gerektirir. Ancak daha ağır elementler, devasa yıldızların ölümlerini işaret eden enerjik süpernova patlamalarında oluşur. Bu patlamalar, uzayı ağır elementlerle zenginleştirerek yeni yıldızların oluşum sürecine dahil olmalarını sağlar.
Ölçülen her yıldız bir miktar metal zenginleşmesi göstermiştir. En az bu zenginleşmeyi gösteren, popülasyon II olarak bilinen yıldızların metalikliği o kadar düşüktür ki, bileşimlerinin yalnızca popülasyon III yıldızlarından etkilendiği düşünülmektedir.
Johns Hopkins Üniversitesi'nden astronom Kevin Schlaufman, "Hiçbir popülasyon III yıldızı gözlemlenmemiştir, çünkü ya çok büyük, hızlı yaşayan ve genç ölen yıldızlardı ya da günümüze ulaşabilecek en düşük kütleli popülasyon III yıldızları son derece nadirdir" diye açıklıyor. "Her iki durumda da, bu ilk yıldız kuşağının özellikleri, modern astrofizikteki en önemli bilinmezliklerden bazılarıdır."
Bu nedenle, popülasyon II yıldızları, onları oluşturan yıldızlar hakkında bilgi edinmek için kimyasal özelliklerini inceleyen astronomlar tarafından büyük ilgi görmektedir.
SDSS J0715-7334 yıldızına geri dönecek olursak, Ji ve öğrencileri tarafından Sloan Dijital Gök Araştırması'nı (SDSS) kullanarak ilginç yıldızlar ararken neredeyse tesadüfen keşfedildi. Teleskopta geçirdikleri ilk gece, öğrencilerin baktığı ikinci yıldız SDSS J0715-7334 olmuştu. Başlangıçta 10 dakika bakmayı planlarken, üç saat boyunca bu yıldıza odaklandılar.
Katılan öğrencilerden astronom Natalie Orrantia, "Kameraların çalıştığından emin olmak için bütün gece o kameraya baktım" diyor.
Yakın incelemeler sonucunda, yıldızın neredeyse tamamen hidrojen ve helyumdan oluştuğu anlaşıldı. Metalikliği Güneş'in yalnızca %0,005'i kadar ve önceki rekor sahibinden neredeyse yarı yarıya daha düşüktü. Spektrumunda sadece eser miktarda demir bulunuyordu; toplam metalikliği bilinen bir sonraki en demir fakiri yıldızdan 40 kat daha düşüktü. Ancak araştırmacıları en çok şaşırtan, şok edici derecede düşük karbon içeriğiydi.
Ji, "Yıldızın o kadar az karbonu var ki, erken evrendeki kozmik tozların bir miktar serpiştirilmesinin buna neden olduğunu gösteriyor. Bu oluşum yolu daha önce sadece bir kez görülmüştü" dedi.
Genellikle, yıldızların oluşabilmesi için hidrojen veya oksijen gibi belirli elementlerin yeterince soğumasına ihtiyaç vardır. Popülasyon III yıldızlarının oluşum yolunun, daha az verimli olan hidrojen moleküllerine dayandığı düşünülmektedir. Ancak karbon ortaya çıktıktan sonra, evrendeki yıldız oluşumu için gereken soğutmada baskın oyuncu haline geldi.
SDSS J0715-7334'ün spektrumundaki karbon eksikliği, ilk yıldızların kullandığı saf hidrojen soğutmasına işaret etmiyor. Bunun yerine, kimyası, normal soğutma rotası için yeterli karbonun bulunmadığı, ancak Popülasyon III süpernovalarının küllerinden oluşan küçük miktarlarda kozmik tozun gazın çökmesine yardımcı olduğu nadir bir ara rejimde oluştuğunu gösteriyor.
Ji ve ekibi, "Ancak, bu hipotezi test etmek için farklı ortamlarda benzer metal fakiri yıldızların çok daha fazlasının bulunması gerekecek" diye yazıyor.
Yıldızın konumu ve gökyüzündeki hareketi, onun Samanyolu'ndan değil, Samanyolu'na yörünge oluşturan bir cüce galaksi olan Büyük Magellan Bulutu'ndan geldiğini düşündürüyor. Bu durum, Büyük Magellan Bulutu'nun keşfedilmeyi bekleyen daha fazla benzer yıldıza ev sahipliği yapabileceği anlamına gelebilir.
Schlaufman, "Büyük Magellan Bulutu gibi galaksilerde, kendi Samanyolu Galaksimize göre ultra metal fakiri yıldızların nispeten daha yüksek bir oranını bulma olasılığımız var" diyor. "Samanyolu gençken çok, çok uzun zaman önce neler olduğunu anlamak için hala yapılacak çok şey var. Biz sadece yüzeyi kazıdık."
Bu keşif Nature Astronomy dergisinde yayımlandı.
