BÜYÜK PATLAMA'DAN 1 MİLYAR YIL SONRA, NEREDEYSE HİÇ KARBONU OLMAYAN BİR GÖKADA

Büyük Patlama’dan hemen sonra sıradan madde neredeyse yalnızca hidrojen ve helyumdan oluşuyordu. Daha ağır her element — karbon, oksijen, demir — sonradan, yıldızların içinde yapıldı ve patlamalarıyla saçıldı.

Bu, yıldızların nasıl doğduğu açısından önemli. Çöken bir gaz bulutu küçüldükçe ısınır ve yıldızlara bölünebilmek için bu ısıyı atması gerekir. Bugünkü Evren’de soğutmanın çoğunu karbon ve oksijen iyonları yapar ve bulutlar, çoğu Güneş’ten küçük, her boyutta yıldıza bölünür. Bu elementler olmadan ilk bulutlar yalnızca hidrojen molekülleri aracılığıyla soğuyabiliyordu. Büyük parçalara bölündüler ve yaptıkları yıldızlar çoğunlukla kütleliydi.

“Normal” yıldız oluşumuna geçmek için ne kadar karbon ve oksijen gerekir? Çok az: Güneş’teki oranın yaklaşık 1/3.000’i. Bu eşik o kadar hızlı aşıldı ki, şimdiye kadar parlarken görülen her uzak gökada, James Webb Uzay Teleskobu ile görülenler de dahil, görülebilecek kadar parlak hale geldiğinde bu eşiğin çoktan epey üstündeydi.

Bir bulutu kuasarın ışığında okumak

İlkel gazı bulmanın başka bir yolu var: onun, arkasındaki daha parlak bir şeyin ışığını soğurmasına izin vermek. Heidelberg University’den Sarah Bosman, Max Planck Institute for Astronomy’den Frederick Davies ve 23 meslektaşı, kırmızıya kayması 4,5 ile 5,5 arasında olan en parlak 30 kuasarı GHOST ile tarıyor; GHOST, 2024’te Şili’deki Gemini South teleskobuna kurulan ve ekibin şimdiye kadar yapılmış en hassas yüksek çözünürlüklü tayfölçer olarak tanımladığı bir alet.

J1941−4500 kuasarının ışığı yoğun bir nötr hidrojen bulutunu geçiyor — bir “sönümlü Lyman-alfa soğurucusu” (damped Lyman-alpha absorber); bir gökadanın yıldız oluşturan bölgelerinin birkaç kiloparsek yakınında bulunduğu düşünülen türden bir gaz rezervuarı. Buluttaki her element ışığı kendi dalga boylarında soğurur. 5,8 saatlik pozun ardından ekip silisyum, oksijen ve karbonu ölçebildi; demir ise hiç algılanmadı.

Şimdiye kadarki en bozulmamış bulut

UMP-DLA-1 adı verilen bulut, Büyük Patlama’dan yaklaşık 1,1 milyar yıl sonrasına karşılık gelen 5,14 kırmızıya kaymada bulunuyor. Rakamları:

• Karbon: hidrojene göre Güneş’tekinden 11.000 kat daha az (en güncel güneş referansıyla yaklaşık 16.000 kat daha az).
• Oksijen ve silisyum: Güneş’tekinden yaklaşık 5.000 kat daha az.
• Bu, daha önce bilinen bu türden herhangi bir buluttan oksijen ve silisyum bakımından üç kattan fazla, karbon bakımından dört kat daha fakir demek. Demir bakımından da en fakiri.
• Helyumdan ağır elementlerin toplam kütle oranı: milyonda 3,16.

Yazarlar karbon ve oksijeni, bir bulutun yeterince soğuyup soğuyamayacağını öngören tek bir sayıda, “geçiş ayırt edicisi”nde (transition discriminant) birleştiriyor:

D_trans = log₁₀ (10^[C/H] + 0.3 × 10^[O/H])

−3,5’in altında bir bulut, yaklaşık bir güneş kütlesinden küçük yıldızlara çökemez. UMP-DLA-1 −3,85’te duruyor. Bu çizginin altında bulunan ilk gaz rezervuarı — dolayısıyla yalnızca düşük metal içeriği, yıldızlarının çoğunlukla ağır olduğunu garanti ediyor.

Erken Evren’in geç kalmış bir cebi

Bu, neredeyse el değmemiş gazda, çoğunlukla kütleli yıldızlarla yıldız oluşumunun, ilk yıldızlar ortaya çıktıktan çok sonra — hatta yeniden iyonlaşma çağının sona ermesinden sonra bile — hâlâ mümkün olduğu anlamına geliyor.

Bulutun kimyası aynı zamanda bu kütleli, metalce fakir yıldızların patladıklarında geride ne bıraktığının bir örneği: oksijenden biraz daha az karbon ve güneş oranlarında oksijen ile silisyum. Bu örüntü tek başına yıldızların gerçekten ilk kuşak mı yoksa erken bir ikinci kuşak mı olduğunu söyleyemez. Ama önceki çalışmaların yalnızca 1 ila 30 ilk kuşak yıldız süpernovasına bağladığı daha geç dönem bulutlarıyla örtüşüyor. Yazarlar, ilk yıldızların izlerini 7’nin altındaki kırmızıya kaymalarda, geride kalmış bozulmamış gaz ceplerinde aramanın, çok daha geriye, 20’nin ötesindeki kırmızıya kaymalara bakmaktan daha verimli olabileceğini öne sürüyor.

Samanyolu yakınındaki küçük cüce gökadalardaki çok yaşlı, çok fakir birkaç yıldız aynı kimyasal imzayı paylaşıyor. Yazarlar bunların, bunun gibi gökadalarda doğmuş küçük yıldızların son hayatta kalanları olmasının “tamamen mümkün” olduğunu söylüyor.

Şans mı, yaygınlık mı?

Böyle bir bulutu yalnızca 30 kuasar arasında bulmak şaşırtıcı. Yazarlar, tarama olağanüstü şanslı değilse, bu bulutlardan daha fazlasının mevcut tayflarda, erken Evren’in yoğun hidrojen soğurmasına gömülü halde saklanıyor olabileceğini yazıyor. Euclid görevinin keşfedeceği sönük kuasarlara çevrilecek Extremely Large Telescope gibi geleceğin dev teleskopları tam bir sayım yapabilmeli. Şimdilik UMP-DLA-1 tek bir nesne ve gazının tek blok halinde hareket ettiği varsayımıyla ölçüldü — yazarlar bu varsayımı doymuş soğurma çizgilerinin yokluğuyla destekliyor.