Evrenin en uzak köşelerini gözlemleyen James Webb Teleskobu, nükleer füzyon yerine karanlık maddeyle beslenen ve 'karanlık yıldız' olarak adlandırılan tartışmalı bir nesne türünü tespit etmiş olabilir. Bu keşif, evrenin ilk dönemlerine dair anlayışımızı kökten değiştirebilir.
James Webb Uzay Teleskobu'nun (JWST) topladığı ışık dalga boylarını inceleyen araştırmacılar, dört potansiyel karanlık yıldız adayı belirledi. Bu adaylardan birinde, araştırmacıların bir bilimsel makalede yayımladığı bulgulara göre, karanlık yıldızları işaret eden "kesin kanıt" olabilecek bir helyum emilim imzası tespit edildi.
İlk kez 2007 yılında teorisi ortaya atılan karanlık yıldızlar, Büyük Patlama'dan sonra oluşan ilk yıldızlar (Popülasyon III yıldızları) arasında yer aldığı düşünülüyor. Bu teoriye göre, hidrojen ve helyumun bir araya gelerek bir kara delik oluşturması beklenirken, karanlık maddeyle karışması sonucu oluşurlar. Karanlık yıldızların olağanüstü derecede büyük ve parlak olmaları bekleniyor; Güneş'in kütlesinin bir milyon katına ve parlaklığının ise bir milyar katına ulaşabileceği tahmin ediliyor.
Karanlık yıldız hipotezini ortaya atan bir fizik profesörü, 'karanlık yıldız' adının yanıltıcı olduğunu belirtiyor. Çünkü bu yıldızlar tamamen karanlık maddeyle oluşmuyor ve karanlık değiller.
Karanlık yıldızların bulunması, JWST'nin erken evrende tespit ettiği bazı gizemli nesneleri, örneğin kısa sürede oluştuğu düşünülen devasa süper kütleli kara delikleri açıklayabilir. Ayrıca karanlık maddenin doğası hakkında da bilgiler sunabilir. Araştırmacılara göre bu adaylar, karanlık maddeyi anlamak için önemli birer ipucu niteliği taşıyor.
Potansiyel karanlık yıldız adaylarını tespit etmek için ekip, JWST'nin Gelişmiş Derin Galaksi Araştırması (JADES) gözlemlerini taradı. Özellikle Yakın Kızılötesi Spektrografı (NIRSpec) tarafından toplanan verilere odaklanıldı. Bu cihaz, gök cisimlerinden gelen ışığın bireysel dalga boylarını ölçerek onların sıcaklıkları, kütleleri ve kimyasal parmak izleri hakkında bilgi sağlıyor.
Araştırmacılar, adayları belirlemek için belirli kriterler belirledi: Sinyallerin redshift 10'dan daha genç olmaması (Büyük Patlama'dan 500 milyon yıl sonrasına denk gelen evrenin eski ışığının kırmızıya kayması), sadece hidrojen ve helyum içermesi ve tek bir nesneden gelmesi gerekiyordu.
Bu kriterler sonucunda JADES-GS-z11-0, JADES-GS-z13-0, JADES-GS-z14-0 ve JADES-GS-z14-1 olmak üzere dört karanlık yıldız adayı ortaya çıktı. JADES-GS-z14-0, JWST tarafından bugüne kadar gözlemlenen en uzak ikinci nesne konumunda.
İlk Yıldızlardan Gelen Sinyaller
Her bir adayın modelleri, dördünün de olası karanlık yıldızlar, hatta süper kütleli karanlık yıldızlar olabileceğini gösterdi.
Ekip ayrıca, JADES-GS-z14-0'ın dalga boyu verilerinde, süper kütleli karanlık yıldızlar için "kesin kanıt" niteliğindeki tek iyonize helyum atomlarının 1640 angstrom (bir santimetrenin yüz milyonda biri) dalga boyundaki ışık parçacıklarını emmesi ipuçlarını da buldu.
Araştırmacılar, "Başka bilinen hiçbir yüksek redshift nesnesinin böyle bir emilim özelliği üretmesi beklenmiyor" diyerek, JADES-GS-z14-0'ın bir karanlık yıldız olduğu yönündeki önerilerini güçlendirdi.
Ancak ekip, Şili'deki Atacama Milimetre/alt-milimetre Radyo Teleskobu'nun (ALMA) JADES-GS-z14-0'ın oksijen yaydığını tespit etmesiyle şaşkına döndü. Oksijen, sadece nükleer füzyonla çalışan yıldızlar tarafından üretilen bir elementtir. Bu durum, bazı araştırmacılar için bir endişe kaynağı oldu.
Ekip şimdi, bir karanlık yıldızın oluşumunu engellemeden ne kadar oksijenin izin verilebilir olduğunu belirlemek için simülasyonlar yürütüyor. Bazı araştırmacılara göre, bu durum bir tür geçiş noktası olmalı.
Karanlık yıldızların varlığı hala tartışmalı ve kesin olarak kabul edilmiş değil. Bu araştırmada yer almayan bazı kozmologlar, Popülasyon III yıldız topluluğunun çoğunluğunun, karanlık maddeyle beslenen bu tür yıldızların oluşamayacağına inanıyor. Hatta bu araştırmanın büyük bir sorununun, karanlık yıldızlar ile süper kütleli ilkel yıldızlar arasında ayrım yapmamış olması olduğu belirtiliyor.
Karanlık yıldız adayları çoğu süper kütleli ilkel yıldızdan daha kütleli olsa da, dalga boyu verilerinin her iki yıldız türü için karşılaştırılması gerektiği, böylece süper kütleli ilkel yıldızların elenmesi gerektiği ifade ediliyor.
Bu eleştirilere yanıt olarak ise, süper kütleli ilkel yıldızlar karanlık yıldızlar kadar uzun yaşamadığı için, eğer çok sayıda uygun imza tespit edilirse, istatistiksel olarak bunların karanlık yıldız olma olasılığının daha yüksek olduğu belirtiliyor. Bu da bu gizemi çözmek için çok daha fazla gözlem gerektiği anlamına geliyor.
Bu sırada, ekibin JWST verilerinde karanlık yıldızları otomatik olarak arayan bir sistem üzerinde çalıştığı ve böylece sadece gözlem yapmaya devam edecekleri bildiriliyor.
