Toz perdesinin ardındaki VVV CL001, Samanyolu'nun en yaşlı küresel kümesi olabilir

Samanyolu'nun merkezine yakın, kalın toz bulutlarının ardında saklanan küçük bir yıldız kümesi, gökadamızın bilinen en yaşlı kümesi olmaya aday gösterildi. J. Olivares Carvajal liderliğindeki ekip, VVV CL001 adlı küresel kümenin yaşını 13,4 milyar yıl (artı eksi 0,4 milyar yıl), uzaklığını ise 7,34 kiloparsek, yani yaklaşık 24 bin ışık yılı olarak hesapladı. Çalışma 20 Ekim'de arXiv ön baskı sunucusunda paylaşıldı ve Astronomy & Astrophysics dergisinde yayımlanmak üzere kabul edildi.

Küresel kümeler, yüz binlerce yıldızın kütleçekimiyle sıkıca bir arada tuttuğu, küre biçimli yaşlı yıldız toplulukları. Samanyolu'nun en eski üyeleri arasında sayıldıkları için gökadanın nasıl bir araya geldiğine dair "fosil kayıt" işlevi görüyorlar. En yaşlı kümenin yaşını bilmek, gökadanın ve dolayısıyla evrenin yaşına bir alt sınır koymak anlamına geliyor.

Bulunması kolay, ölçülmesi zor bir küme

VVV CL001, Avrupa Güney Gözlemevi'nin (ESO) VISTA teleskobuyla yürütülen VVV (VISTA Variables in the Vía Láctea) taramasında keşfedildi; ESO keşfi 2011'de duyurmuştu. Kümenin gerçekten bir küresel küme olduğu ise sonraki yıllarda doğrulandı. Gökyüzünde parlak komşusu UKS 1'in hemen yanında görünen küme, yaklaşık eksi 2,2 dekslik demir bolluğuyla gökadanın şişkin merkez bölgesindeki (bulge) en metal fakiri küresel küme olabilir. Gökbilimde helyumdan ağır her element "metal" sayılıyor ve metal bakımından fakir yıldızlar genellikle evrenin erken dönemlerinde, henüz az sayıda yıldız kuşağı yaşayıp ölmüşken doğmuş olanlar.

Ancak kümenin yaşını ve uzaklığını kesin ölçmek uzun süre mümkün olmadı. Küme hem sönük hem küçük; üstelik yıldız bakımından çok kalabalık bir bölgede bulunuyor ve araya giren toz ışığı ciddi biçimde kısıyor. Uzaklık ölçümünde sık kullanılan RR Lyrae değişen yıldızları bu kümede bulunamamıştı. Uzaklık belirsiz kalınca kümenin gökada içindeki yörüngesi de farklı çalışmalarda farklı çıkıyordu; bu da VVV CL001'in merkez bölgeye mi ait olduğu, yoksa oradan geçen bir "yabancı" mı olduğu sorusunu açık bırakıyordu.

155 üye yıldız ve iki ayrı yaş ölçümü

Ekip, Şili'deki 6,5 metrelik Magellan Baade teleskobunun FourStar kızılötesi kamerasıyla şimdiye kadarki en derin kümeye ait renk-parlaklık diyagramını çıkardı ve bunu Hubble Uzay Teleskobu'nun yakın kızılötesi görüntüleri ile Blanco teleskobundaki DECam kamerasının optik verileriyle birleştirdi. Kümeye gerçekten ait yıldızları ayıklamak için yıldızların gökyüzündeki öz hareketleri ölçüldü, bir makine öğrenmesi kümeleme algoritması (HDBSCAN) ve olasılık hesaplarıyla üyelik belirlendi. Sonuçta yatay kol yıldızları ve ana koldan ayrılma noktası çevresindeki yıldızlar dahil toplam 155 üye yıldız seçildi.

Bu iki grup yıldız işin anahtarı. Yatay kol yıldızları, çekirdeğinde helyum yakan ve parlaklığı oldukça sabit olan yıldızlar; bu yüzden uzaklık için "standart mum" gibi kullanılabiliyor. Ana koldan ayrılma noktası ise yıldızların çekirdeklerindeki hidrojeni tüketip dev evresine geçtiği yer; bu noktanın konumu doğrudan kümenin yaşına bağlı. Ekip, farklı kuramsal yıldız evrimi modelleriyle yaptığı karşılaştırmalarda her iki yöntemden de 13,4 ± 0,4 milyar yıllık yaş elde etti. Araştırmacılara göre 7,34 ± 0,46 kiloparseklik uzaklık, bu küme için literatürdeki en hassas değer.

Gökadanın ilk çekirdeğinden bir kalıntı mı?

Yenilenen uzaklıkla hesaplanan yörünge, kümenin gerçekten Samanyolu'nun merkez şişkinliğine ait olduğunu gösterdi. Yaşı ve düşük metal içeriğiyle birlikte bu bulgu, VVV CL001'in dışarıdan yakalanmış bir küme değil, gökadanın kendi içinde, ilk çekirdeği (proto-Samanyolu) bir araya gelirken doğmuş bir küme olabileceğine işaret ediyor. Ekip bu nedenle kümeyi, gökadada yerinde doğmuş metal fakiri küresel kümeler listesinin en uç örneği olarak tanımlıyor.

Ölçülen yaş, evrenin yaklaşık 13,8 milyar yıllık yaşına oldukça yakın. Belirsizlik payıyla birlikte değerlendirildiğinde iki değer çelişmiyor; ancak bu kadar eski bir kümenin varlığı, Samanyolu'nun ilk yıldızlarını Büyük Patlama'dan yalnızca birkaç yüz milyon yıl sonra oluşturmaya başlamış olması gerektiğini düşündürüyor.

Sırada kimyasal doğrulama var

Sonucun bazı sınırları da bulunuyor. Yaş hesabı kuramsal yıldız modellerine dayanıyor ve kümenin kimyasal bileşimi henüz ayrıntılı tayf ölçümleriyle belirlenmedi. Ekip, yüksek çözünürlüklü tayfölçüm gözlemleriyle kümenin kimyasını doğrudan ölçmeyi ve yeni optik gözlemlerle uzaklık sonucunu daha da iyileştirmeyi planlıyor. Bu ölçümler, VVV CL001'in "gökadanın en yaşlı kümesi" unvanını gerçekten taşıyıp taşımadığını netleştirecek.