JWST, erken galaksilerde gizlenmiş yıldızların kütleyi dört katına çıkarabileceğini ortaya koydu

Dokuz galakside “alt-ağır” yıldız dağılımı bulundu

Başlangıç kütle fonksiyonu, bir galakside farklı kütlelere sahip kaç yıldız oluştuğunu tanımlar. Alt-ağır (bottom-heavy) IMF, Samanyolu’na benzer dağılımlara kıyasla düşük kütleli yıldızların oranının daha yüksek olması anlamına gelir.

Ekip, incelediği dokuz büyük ve pasif galaksinin tamamında bu modele işaret eden bulgular elde etti. Düşük kütleli yıldızlar sönük oldukları için sıradan gözlemlerde kolayca gizlenebilir. Buna karşın uzun süre yaşarlar ve sayıları fazla olduğunda galaksinin toplam yıldız kütlesine önemli katkı yaparlar.

Bu nedenle, gerçekte alt-ağır bir IMF’ye sahip galaksinin kütlesi Samanyolu benzeri bir IMF varsayımıyla hesaplanırsa, yıldız kütlesi olduğundan düşük bulunabilir.

En yaşlı iki galaksi üç ila dört kat daha ağır olabilir

Sonuçların etkisi, örneklemdeki en yaşlı iki galakside özellikle belirgin. Bu iki nesne, JWST’nin evrenin çok erken döneminde ortaya çıkardığı sıra dışı olgun galaksilerin doğrudan sonraki evrim aşamaları olarak değerlendiriliyor.

Alt-ağır IMF hesaba katıldığında bu galaksilerin tahmini yıldız kütlesi üç ila dört katına çıkıyor. Bu, basit bir ölçüm düzeltmesinden çok daha fazlası: galaksi oluşumu modellerinin kısa kozmik zaman aralıklarında bir araya getirmesi gereken madde miktarını önemli ölçüde artırıyor.

Bu yıldız topluluklarından biri muhtemelen Büyük Patlama’dan 1,5 milyar yıldan daha kısa süre sonra oluştu. Eğer o dönemde de benzer bir yıldız oluşum modeli geçerliyse, galaksinin önceki tahminlerden daha büyük bir yıldız kütlesini daha kısa sürede oluşturması gerekmiş olur.

Erken galaksiler bilmecesi neden daha da zorlaştı?

JWST, evren henüz çok gençken büyük ve evrimini tamamlamış galaksilerin bulunduğunu göstermişti. Örneğin GS-9209 adlı pasif galaksi, kırmızıya kayması 4,658 olarak tayfsal biçimde doğrulandı. Bu gözlem, evrenin Büyük Patlama’dan yaklaşık 1,25 milyar yıl sonraki hâline karşılık geliyor. Galaksinin yıldız kütlesi, o analizde kullanılan varsayımlara göre yaklaşık 3,8 × 10^10 Güneş kütlesi olarak hesaplanmıştı.

Yeni sonuç, Büyük Patlama’dan sonraki ilk birkaç yüz milyon yılda bulunan galaksilerin IMF’sini doğrudan ölçmüyor. Ölçümler kırmızıya kayması yaklaşık 0,7 olan ve daha sonraki evrim aşamalarını temsil eden galaksilerden geliyor. Bu nedenle bulguları en erken JWST galaksilerine uygulamak doğrudan ölçüm değil, bilimsel bir çıkarım niteliğinde.

Bununla birlikte, aynı alt-ağır yıldız oluşumu modeli ilk galaksiler oluşurken de geçerliyse, bu sistemlerin gerçek yıldız kütlesi ilk tahminlerden önemli ölçüde daha yüksek olabilir. Böyle bir senaryo, galaksi oluşumu modellerinin yalnızca olgun galaksilerin neden bu kadar erken ortaya çıktığını değil, daha büyük yıldız kütlelerini nasıl bu kadar hızlı oluşturduğunu da açıklamasını gerektirir.

Daha fazla düşük kütleli yıldız, daha fazla gezegen anlamına gelebilir mi?

Düşük kütleli yıldızlar çok uzun süre yaşar ve gezegen sistemlerine ev sahipliği yapabilecek yıldızlar arasında yer alır. Eğer alt-ağır yıldız oluşumu genç evrende yaygınsa, standart Samanyolu benzeri varsayımların öngördüğünden daha fazla sayıda uzun ömürlü yıldız oluşmuş olabilir.

Bu da erken evrende var olmuş olabilecek gezegen sistemlerinin sayısına ilişkin tahminleri yükseltebilir. Ancak bu ihtimal şimdilik spekülatif. Araştırma yıldız popülasyonlarını ölçüyor; gezegenlerin ne sıklıkta oluştuğunu veya bu gezegenlerin yaşanabilir olup olmadığını belirlemiyor.

Araştırmacılar şimdi neyi test edecek?

Bir sonraki adım, aynı yöntemi giderek daha yüksek kırmızıya kaymalardaki galaksilere uygulamak. Araştırmacılar, geniş bir dalga boyu aralığında alınmış çok derin tayfları birleştirerek düşük kütleli yıldız fazlalığının ilk yıldızların oluştuğu döneme yaklaşıldıkça da devam edip etmediğini sınayacak.

Kırmızıya kayma yeterince yükseldiğinde, IMF’ye duyarlı tayfsal özellikler kızılötesi dalga boylarına kayıyor. JWST bu özellikleri gözleyebildiği için teleskop, alt-ağır IMF’nin yalnızca incelenen büyük ve pasif galaksilere özgü bir durum mu olduğunu, yoksa erken yıldız oluşumunun daha genel bir özelliğini mi yansıttığını araştırmaya yardımcı olacak.

Bu gözlemler ayrıca yıldız oluşumundaki dağılımın kozmik zamanla ve galaksilerin çevresiyle değişip değişmediğini de ortaya koyabilir.