Evrenin ilk yıldızları bulundu mu?

Çin’deki Tsinghua Üniversitesi’nden doktora öğrencisi Sijia Cai ve ekibinin incelediği MPG-CR3 (kısaca CR3) adlı gökada tam olarak böyle bir aday: 11 milyar yıl önce oluştuğu düşünülen bu galakside neredeyse hiç “metal” yok. Bu da, uzun süredir sadece teoride kalan, evrendeki ilk yıldız kuşağı olan Popülasyon III (Pop III) yıldızlarının burada saklanıyor olabileceği ihtimalini gündeme getiriyor. 

İLK YILDIZLAR KİM?

Astrofizikte yıldızlar kabaca üç “popülasyon”a ayrılıyor. Bugün gördüğümüz, Güneş gibi yıldızlar Popülasyon I ve II sınıfında. Bunların içinde hidrojen ve helyuma ek olarak oksijen, karbon, demir gibi “ağır elementler” de var. Kozmolojide bu elementlerin hepsine kısaca “metal” deniyor.

Oysa teorideki Popülasyon III yıldızlar, Büyük Patlama’dan sonra oluşan ilk yıldız nesli. Evrenin o çok genç döneminde hidrojen ve helyum dışında hemen hemen hiçbir element yoktu. Ağır elementler, ancak bu ilk yıldızların kalbinde ve patladıkları süpernovalarda üretildi. Bu yüzden Pop III yıldızların, tanım gereği, neredeyse tamamen metalden yoksun olması gerekiyor.

Onlarca yıldır astronomlar bu “ilk yıldızları” arıyor ama doğrudan tespit etmeyi başaramadı. Genelde bakılan dönem, Büyük Patlama’dan sonraki ilk 1 milyar yıl, yani “Yeniden İyonlaşma Çağı”. Evrenin ilk yıldızlarla, ilk galaksilerle dolmaya başladığı zaman dilimi… 

GEÇ GELEN SAFLIK

İşte bu yüzden CR3 gökadası şaşırtıcı. Çünkü bu galaksinin ışığı bize, evrenin doğuşundan yaklaşık 2–3 milyar yıl sonrasından geliyor. Yani Pop III yıldızların oluşması beklenen dönemden çok sonra.

Bu kadar zaman geçtiğinde, evrende pek çok yıldız doğmuş, yaşamış ve ölmüş olmalıydı. Onların ürettiği ağır elementler de çevrelerindeki gaz ve toz bulutlarını “kirletmiş”, yani metal bakımından zenginleştirmiş olmalıydı. Teoriye göre bu kadar geç oluşan bir galakside “saf” gaz bulmak pek mümkün değildi.

Ama JWST, Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskopu (VLT) ve Japonya’daki Subaru Teleskobu’ndan gelen veriler, CR3’ün bunun istisnası olabileceğini gösteriyor. 

METALSİZ GALAKSİ İZİ

Bir galakside hangi elementlerin olduğunu anlamak için, ondan gelen ışığın tayfına bakılıyor. Işık, adeta bir parmak izi gibi, içindeki elementleri ele veriyor. CR3’ten gelen ışığın tayfında hidrojen ve helyum çizgileri çok net. Ama oksijen gibi ağır elementlere ait çizgiler neredeyse yok denecek kadar zayıf.

Hesaplamalara göre CR3’teki yıldızların “metalikliği”, Güneş’inkinin yalnızca binde 7’si düzeyinde. Yani, bugünkü yıldızlara kıyasla inanılmaz derecede fakir bir kimyasal içeriğe sahipler. Bu da, bu yıldızların gerçekten de Pop III’e çok yakın, hatta belki de tamamen Pop III olabileceği ihtimalini güçlendiriyor.

Daha da ilginci, galaksinin kendisinin de çok genç görünmesi. Modeller, CR3’ün sadece yaklaşık 2 milyon yaşında olabileceğini söylüyor. Kozmik ölçekte bu neredeyse “yeni doğmuş bebek” sayılır. 

HELYUM SİNYALİ EKSİK

Pop III yıldızları ararken astronomların özellikle baktığı bir işaret daha var: Helyum II (He II) denen, iki elektronunu kaybetmiş helyuma ait özel bir ışık çizgisi. Çok sıcak ve çok büyük kütleli yıldızlar, bu çizgiyi güçlü biçimde üretir.

CR3’ün tayfını inceleyen ekip, bu He II çizgisini net biçimde göremedi. Bu normalde Pop III iddiasını zayıflatabilecek bir eksik. Ancak araştırmacıların iki açıklaması var:

• Tayfın o bölgesinde, Dünya atmosferinden gelen çok güçlü bir OH emisyon çizgisi spektrumu “kirletiyor” ve He II sinyalini bastırıyor olabilir.
• Ya da He II sinyali, yıldız oluşumundan birkaç milyon yıl sonra doğal olarak çok zayıfladığı için artık seçilemiyor olabilir. CR3’ün de zaten yalnızca birkaç milyon yıllık olduğu düşünülüyor.

Bu yüzden, He II çizgisinin olmaması Pop III olasılığını tamamen ortadan kaldırmıyor, ama “kesin Pop III” demek için de henüz yeterli veri yok. 

EVRENİN ISSIZ CEBİ

Peki, Pop III yıldızların çok daha erken oluşması beklenirken, CR3 gibi metal bakımından bu kadar “temiz” bir galaksi, evrenin nispeten geç sayılabilecek bir döneminde nasıl ortaya çıkabildi?

Bilim insanlarının cevabı, CR3’ün kozmik mahalleyle ilgili: Bu galaksinin, “underdense region” denilen, çevresine göre oldukça boş, yıldız bakımından fakir bir bölgede yer aldığı düşünülüyor. Yani CR3’ü oluşturan gaz bulutu, evrenin geri kalanındaki yıldız patlamalarından saçılan metallerle henüz kirlenmemiş olabilir.

Daha dolu bölgelerde, süpernovalar çevredeki her şeyi ağır elementlerle “bulaştırırken”, CR3 adeta kendi köşesinde, izole bir şekilde kalmış. Gaz bulutu nihayet çökmeye ve yıldız oluşturmaya başladığında, elindeki malzeme hâlâ neredeyse Büyük Patlama sonrası haline yakın, “bakir” bir karışım olabilir. 

GENÇ AMA KRİTİK

CR3’ün gerçekten Pop III yıldızlarla dolu ilk galaksi olması kesinleşirse, bu astrofizik için büyük bir dönüm noktası olacak. Çünkü bu tür ilk yıldızları, düşünülenden çok daha “yakında”, yani evrenin biraz daha geç bir döneminde bulmak, onları detaylı biçimde incelemeyi de kolaylaştırıyor.

JWST ve diğer büyük teleskoplar, CR3’ün tayfını daha yüksek çözünürlükle gözleyip He II çizgisi gibi kritik işaretleri doğrulamaya çalışacak. Ya bu sinyal gerçekten bulunacak, ya da neden görünmediğine dair ikna edici bir fiziksel açıklama ortaya konacak.

Her iki durumda da CR3, hem evrenin ilk yıldızlarının nasıl ve nerede oluştuğunu, hem de galaksilerin kimyasal olarak nasıl “kirlenip” bugünkü hâline geldiğini anlamamızda önemli bir rol oynayacak gibi görünüyor. Evrenin en eski sayfalarından biri, belki de bu küçük ve “saf” galakside saklı.