Webb, Ejderha gökadasında 104 büyütülmüş yıldız olayı buldu: önceki rekorun 2,5 katı

James Webb Uzay Teleskobu'nun 2022-2024 arasında topladığı görüntüler, "Ejderha" (Dragon) adıyla bilinen uzak gökadada 104 ayrı yıldız parlamasını ortaya çıkardı. Astronomi ve Astrofizik (Astronomy & Astrophysics) dergisinde 30 Eylül'de yayımlanan çalışmaya göre bu sayı, aynı gökadada daha önce bildirilen 44 olayın yaklaşık 2,5 katı. Araştırmayı İspanya'daki Cantabria Fizik Enstitüsü'nden José María Palencia yönetti.

Ejderha, yaklaşık 6,5 milyar ışık yılı uzaklıkta, kırmızıya kayması 0,725 olan bir gökada. Işığı, Abell 370 adlı dev gökada kümesinin kütleçekimiyle bükülüp büyütülüyor. Gökadanın bir bölümü, ilk keşfedilen dev yay olarak bilinen Ejderha Yayı'na dönüşmüş durumda. Makaleye göre aynı küme, Hubble Sınır Alanları programının hedeflediği altı kümeden biri.

Bir yıldız nasıl yüz kat, bin kat parlar?

Kütleçekimsel mercek etkisi her yerde aynı değil. Kümenin kütlesi düzgün bir yığın gibi davranmadığı için ışık, "kritik eğri" denen çizgilerin yakınında çok daha güçlü büyütülüyor. Kümedeki yıldızlar ve olasılıkla karanlık madde ise bu büyütme haritasında küçük bozulmalar yaratıyor; tek bir çizgi, "mikrokostik" denen ince çizgilere bölünebiliyor.

Arkadaki gökada kümeye göre çok yavaş kaydıkça, içindeki tek tek yıldızlar bu çizgilerden birini geçiyor. Geçişin tepe anında yıldızın iki görüntüsü birleşiyor ve parlaklık, Phys.org'un aktardığına göre normal değerinin yüzlerce ila binlerce katına çıkabiliyor. Ardından görüntüler kayboluyor ve yıldız günler ila haftalar içinde sönüyor. Makalede, en iri yıldızların aylarca görülebildiği de belirtiliyor. Olaylar geçici olduğu için aynı bölgenin farklı zamanlardaki görüntüleri birbiriyle kıyaslanıyor.

Yöntem: her gözlem, diğerlerinin ortancasıyla kıyaslandı

Ekip, James Webb'in NIRCam kamerasının F150W, F182M, F200W ve F210M süzgeçlerindeki, üç farklı gözlem döneminden gelen görüntülerini kullandı. Ortak bir koordinat çerçevesine oturtulan görüntülerde yalnızca Ejderha Yayı çevresindeki yaklaşık 29 × 9 yay saniyelik bölge incelendi. Her gözlem dönemi, geri kalanların ortanca görüntüsüyle kıyaslandı; fark görüntülerinde nokta kaynak biçiminde parlak kalıntılar arandı.

Gözlemler farklı açılarla yapıldığı için teleskobun nokta yayılım işlevi her dönemde farklı. Araştırmacılar sahte kalıntıları önlemek için her dönemin görüntüsünü öbür dönemin işleviyle de yumuşatarak ikisini aynı etkin işleve getirdi. Gökadanın parlak çekirdeği ve ilgisiz parlak nesneler dışarıda bırakıldı. Gürültü düzeyi ise Ejderha'nın aynı kaynağın ikinci bir görüntüsü olan "baş" bölgesinden ölçüldü; orada mikromerceklenme beklenmiyor. Eşik 5 sigma olarak alındı ve adaylar tek tek gözle denetlendi. Süzgeçler ve dönemler arasında tekrar eden tespitler birleştirilince geriye 104 benzersiz olay kaldı. Makale bunu, tek bir gökadada bugüne dek belirlenen en büyük, yüksek oranda büyütülmüş yıldız adayı örneği olarak tanımlıyor.

Yıldızlar mavi mi, kırmızı mı?

Bu yöntemle yalnızca çok parlak yıldızlar yakalanabildiği için olayların neredeyse tamamı üstdev yıldızlara ait. Sıcak mavi üstdevler kısa dalga boylarında, soğuk kırmızı üstdevler ise çoğunlukla yakın kızılötesinde ışıyor. İkisinin oranı, gökadanın yıldız topluluğu hakkında ipucu veriyor: Genç ve metalce fakir topluluklar daha çok mavi, metalce zengin ve yaşlı topluluklar daha çok kırmızı üstdev üretiyor.

İki süzgeçte birden güçlü sinyal veren olaylarda renk analizi, mavi ve kırmızı üstdevlerin kabaca eşit sayıda olduğunu, yani oranın yaklaşık 1 çıktığını gösterdi. Makalede bu, "nispeten evrimleşmiş ama hâlâ yıldız oluşturan" bir sistemle uyumlu bulunuyor. Az sayıda olay ise yaklaşık 6000 kelvin sıcaklıkla sarı renkte; bunlar sarı üstdev ya da Sefe değişeni adayı olabilir. Yazarlar kırmızı yıldızlara doğru hafif bir eğilim olduğunu da not ediyor.

Işık fonksiyonunun eğimi ve mikromerceklerin yoğunluğu

Olayların gökadadaki dağılımı, en parlak yıldızların ışık fonksiyonunun (parlaklığa göre yıldız sayısının nasıl azaldığının) eğimine duyarlı. Ekip, kritik eğriye yakın ve uzak bölgelerdeki olay sayılarını karşılaştırarak bu eğimi β = 2,18 olarak buldu (belirsizlik aralığı +0,20 ve −0,30). Önceki çalışmalarda bu gökada için yaklaşık 2,5 değeri öneriliyordu; yazarlara göre iki değer 1 sigma içinde uyumlu.

Eğim 2,5 olarak sabitlenirse, bu kez mikromercek görevi gören nesnelerin yüzey kütle yoğunluğu hesaplanabiliyor: parsek kare başına yaklaşık 104 ± 21 Güneş kütlesi. Makaleye göre bu, kümenin küme-içi ışığından türetilen değerin yaklaşık iki katı. Yazarlar, bu ölçümlerin yıldız kütle fonksiyonu varsayımına bağlı olduğunu da hatırlatıyor.

Karanlık madde için bir ipucu, ama kanıt değil

Çalışmanın en çok ilgi çeken bölümü karanlık maddeyle ilgili. Kritik eğrinin bir yanında "pozitif", öbür yanında "negatif parite" bölgeleri var. Çok hafif, dalga gibi davranan parçacıklardan oluşan "bulanık karanlık madde" kuramı, negatif pariteli yanda daha çok olay beklentisi doğuruyor. Gözlemde, kritik eğriye yakın bölgede pozitif tarafta olay sayısı düşerken negatif tarafta aynı kaldı. Phys.org'un özetlediği gibi bu örüntü bulanık karanlık madde modeliyle uyumlu.

Yazarlar ise bunu açıkça "ilginç bir ipucu, belirleyici bir sınama değil" diye niteliyor. Standart soğuk karanlık madde senaryosunda da negatif tarafta biraz fazla olay bekleniyor. Üstelik Ejderha için farklı kütle modelleri kritik eğrinin yerini farklı öngörüyor; eğrinin modeldeki konumu kaydığında benzer bir örüntü ortaya çıkabilir. Bu yüzden asimetrinin gerçekten karanlık maddenin doğasını sınayabilmesi için eğrinin konumunun daha iyi bilinmesi gerekiyor.

Kritik eğrinin haritasını çıkarmak

Olaylar, yüksek büyütme bölgelerinin işaretçisi olarak da kullanılabiliyor. Ekip, olay yoğunluğunu yayın yüzey parlaklığına göre ağırlıklandırıp bir harita çıkardı ve kritik eğriyi izleyen çıkıntılar buldu. Yayın bir bölgesinde bu çıkıntılar, Diego ve arkadaşlarının 2025 kütle modelinin öngördüğü konumla çok iyi örtüştü. Başka bir kesimde ise ölçülen konum modelden ortalama 0,59 yay saniye kaydı; makale bunu, yalnızca bu kütle modeli için geçerli, 7,9 sigmalık bir gerilim olarak veriyor ve diğer modellerin eğriyi veriye daha yakın öngördüğünü, ama aralarda olay dağılımının desteklemediği ek bir geçiş de beklediğini ekliyor. Bu, olayların kütle modellerini yerel olarak iyileştirmek için bağımsız bir veri kümesi olabileceğine işaret ediyor.

Sırada ne var?

Yazarlar, aynı yöntemin güçlü mercekle büyütülmüş başka gökadalara uygulanmasını, daha sık tekrarlanan gözlemleri ve daha iyi kütle modellerini öneriyor. Böylece mikromerceklenen yıldızların, nadir merak konusu olmaktan çıkıp hem sıradan yıldızları hem de kümelerin içindeki ve çevresindeki karanlık maddeyi sınayan rutin bir araca dönüşebileceği düşünülüyor. Açık kalan soru, bulanık karanlık madde ipucunun daha iyi kütle modelleriyle de ayakta kalıp kalmayacağı.