Hubble'dan kayıp oksijen bulmacası: Cüce gökadalar ürettiklerinin ancak yüzde 11'ini tutuyor

Yakın evrendeki cüce gökadalar, yıldızlarının ürettiği oksijenin yalnız küçük bir bölümünü elinde tutabiliyor. NASA'nın 2 Kasım'da duyurduğu ve aynı gün The Astrophysical Journal'da yayımlanan çalışmada araştırmacılar, Hubble Uzay Teleskobu'nun arşiv verisiyle 37 cüce gökadayı inceledi. Makaleye göre bu gökadalar yıldız içi çekirdek tepkimeleriyle üretilen oksijenin yüzde 4 ile 25'ini, ortalamada yüzde 11'ini koruyor. Geri kalanı ya gökadanın çevresindeki seyrek gaz halesinde ya da büsbütün gökadalar arası boşlukta.

Sonucun ilginç yanı, bugünkü bilgisayar modelleriyle uyuşmaması. Makaledeki karşılaştırmaya göre hidrodinamik simülasyonlar, gökadaların kütlesiyle kimyasal zenginliği arasındaki ilişkiyi başarıyla yeniden üretse de düşük kütleli gökadaların çok daha fazla oksijeni tutmasını öngörüyor. Yani süpernovaların harekete geçirdiği gökada rüzgârları, cüce sistemlerden maddeyi modellerin varsaydığından çok daha etkili biçimde söküp atıyor gibi görünüyor.

Neden oksijen?

Gökbilimde helyumdan ağır her element "metal" sayılır ve bu elementlerin neredeyse tamamı yıldızlarda üretilir. Oksijen, hidrojen ve helyumdan sonra evrendeki en bol element; ölçmesi görece kolay ve yıldızlarda nasıl üretildiği iyi biliniyor. Bu yüzden ağır elementlerin genel dağılımı için güvenilir bir iz sürücü olarak kullanılıyor. Projenin baş araştırmacısı Kristen McQuinn, NASA'nın açıklamasında oksijeni "pratik nedenlerle" seçtiklerini söylüyor: Ne kadar oksijen üretildiğini ve bunun gökadanın içine ve dışına nasıl dağıldığını izlemek, gökadaların evrimini anlamaya yardım ediyor. McQuinn, Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü'nde (STScI) yeni Nancy Grace Roman Uzay Teleskobu'nun bilim operasyonları merkezini yönetiyor ve Rutgers Üniversitesi'nde öğretim üyesi.

Çalışmanın ortak yürütücüsü, Utah Üniversitesi'nden Grace Telford, mantığı şöyle özetliyor: Oksijeni gökadaların içindeki yıldızlar ürettiğine göre bir zamanlar gökadanın içinde olmalıydı; bugün orada yoksa dışarı atılmış olmalı. Bunun için de büyük kütleli yıldızların ve süpernova patlamalarının enerjisi gerekiyor.

Oksijenin defteri nasıl tutuldu?

Galaxies Losing Oxygen via Winds (Rüzgârla Oksijen Kaybeden Gökadalar), kısaca GLOW adlı proje NASA ve ABD Ulusal Bilim Vakfı tarafından destekleniyor. Ekip, örneklemi bilerek seçti: Gökadaların hepsi yaklaşık 6 megaparsek, yani 20 milyon ışık yılı içinde ve Hubble'ın tek tek yıldızlarını ayırt edebileceği kadar yakın. Bilinen cüce gökadaların büyük çoğunluğu bu tür bir inceleme için fazla uzak. Kütleleri de modellerin oksijen kaybının belirgin biçimde artmasını beklediği aralıkta, yaklaşık 3 milyon ile 3 milyar Güneş kütlesi arasında.

Hesap iki taraflı. Hubble'ın görüntülerinden tek tek yıldızlar ayrıştırılarak her gökadanın yıldız oluşum geçmişi çıkarıldı; bu geçmiş, gökadanın ömrü boyunca ne kadar oksijen üretmiş olması gerektiğini veriyor. Öbür tarafta bugün gökadada bulunan oksijen ölçüldü: gazdaki oksijen bolluğu, ABD'deki Very Large Array ve Avustralya'daki Australia Telescope Compact Array radyo teleskoplarıyla ölçülen hidrojen gazı miktarıyla birleştirildi, emekliye ayrılmış Spitzer Uzay Teleskobu'nun kızılötesi görüntüleri de yıldız kütlesinin denetiminde kullanıldı. İki sayı arasındaki fark, kayıp oksijeni veriyor. Makaleye göre gökadaların elinde kalan oksijenin neredeyse tamamı gazda bulunuyor.

Çevre fark yaratıyor

Çalışma ilginç bir ayrıntıya da işaret ediyor. Daha yoğun bir ortamda bulunan ya da büyük kütleli bir gökadaya bir megaparsekten yakın olan cüce gökadalarda oksijen tutma oranı daha geniş bir yelpazeye yayılıyor ve daha yüksek değerlere çıkabiliyor. Yazarlar bunu, çevrenin gökadanın oksijeni tutmasını, geri dönüştürmesini ya da dışarıdan gaz almasını etkilediği şeklinde yorumluyor. Buna karşılık, beklenenin aksine, oksijen tutma oranı ile gökadanın kütle-metal bolluğu ilişkisindeki konumu arasında bir bağlantı bulunamadı.

Oksijen nereye gitti?

Sorunun bu kısmı hâlâ açık. NASA'nın açıklamasına göre 2014'te Samanyolu benzeri yıldız oluşturan gökadalar üzerine yapılan bir çalışma, bu gökadaların da oksijenlerinin büyük bölümünü kaybettiğini ve bunun bir kısmının diskin dışındaki seyrek gaz halesinde, yani gökada çevresi ortamda bulunduğunu göstermişti. Cüce gökadaların çevresinde de iyonlaşmış oksijen saptanmış durumda. Ama GLOW ekibi, kayıp oksijenin çoğunun bu halede mi durduğunu yoksa gökadanın çekim alanından tümüyle kaçıp gökadalar arası ortama mı karıştığını henüz söyleyemiyor.

Sıradaki adımlar da belli. McQuinn, Roman Uzay Teleskobu ile geniş bir gökyüzü alanında çok daha sönük ve küçük cüce gökadaları aramak için onaylanmış bir gözlem programına sahip; bulunan gökadaların yıldızlarını Hubble ve James Webb ile ayrıntılı incelemeyi planlıyor. Telford ise GLOW örneklemindeki bazı gökadalarda oksijeni üreten ve dışarı atan büyük kütleli yıldızlara Hubble ile yakından bakarak bu küçük gökadalardaki yıldızların neden farklı davrandığını anlamaya çalışıyor. Cevap, evrendeki ağır elementlerin gökadalar arasında nasıl dolaştığına dair resmi de değiştirebilir.