Evren giderek daha az yıldız "bebeği" üretiyor. Son 4,5 milyar yıl içinde yeni yıldızların oluşum hızı, önceki seviyesinin yarısının altına düştü. Ancak yıldız oluşumu için en önemli "yakıt" türlerinden birinin arzında şaşırtıcı derecede az bir değişim yaşandı.
Bu çarpıcı bulgu, Çin Bilimler Akademisi'nden (CAS) bilim insanlarının öncülük ettiği ve Karanlık Enerji Spektroskopik Enstrümanı (DESI) projesiyle iş birliği yapan uluslararası bir araştırma ekibinden geldi. Araştırmacılar, Çin'in 500 metre Açıklıklı Küresel Radyo Teleskobu'nu (FAST) kullanarak, son 4,5 milyar yıl boyunca kozmik nötr atomik hidrojeni hassas bir şekilde ölçtü.
Sonuçlar göz kamaştırıcı bir uyumsuzluğa işaret ediyor. Yıldız oluşumu keskin bir düşüş yaşarken, galaksiler içindeki önemli bir gaz rezervi olan nötr atomik hidrojen (HI) miktarı yalnızca mütevazı bir şekilde azaldı.
Bulgular, 1 Eylül'de Nature Astronomy dergisinde çevrimiçi olarak yayımlandı.
Evren Neden Daha Az Yıldız Üretiyor?
Evren yaşlandıkça yıldız oluşumunun neden daha az aktif hale geldiğini anlamak, galaksi oluşumu ve evrimi araştırmalarındaki en büyük sorulardan biri. İlk bakışta akla gelen basit açıklama, galaksilerin yıldız üretimi için gereken soğuk gazı kademeli olarak tüketmiş olması.
Ancak asıl sorumluk azalan soğuk gaz arzı olsaydı, gökbilimciler yıldız oluşumundaki bu dramatik düşüşe, mevcut gazda da benzer ölçüde büyük bir azalmanın eşlik etmesini beklerdi. Şimdiye kadarki gözlemler böyle keskin bir tükenmeyi göstermedi.
HI bu bulmacada merkezi bir rol oynuyor. Galaksilerin içindeki önemli bir soğuk gaz rezervi olan HI, daha geniş kozmik gaz arzıyla nihayetinde yeni yıldızları üretecek süreçleri birbirine bağlıyor. Gökbilimciler HI'yi temel olarak son derece zayıf olan 21 santimetrelik radyo emisyon çizgisi aracılığıyla tespit ediyor.
Uzak galaksilerden gelen bu sinyali tespit etmek oldukça zor, çünkü sinyal genellikle arka plan gürültüsü içinde kayboluyor.
FAST ve DESI Milyonlarca Galaksiyi Taradı
Gökbilimciler yıllarca büyük bir gözlemsel zorlukla karşı karşıya kaldı. Çok derin taramalar gerekli hassasiyeti sağlayabiliyordu, ancak gökyüzünün geniş bölgelerini inceleyemiyordu. Çok daha geniş alanları kapsayan taramalar ise bu tür zayıf radyo sinyallerini tespit etmek için gereken hassasiyetten yoksundu.
Bu nedenle bilim insanları, evrenin toplam HI kütlesinin düşük ve orta kırmızıya kayma evrelerinde nasıl değiştiğini doğrudan ve güvenilir bir şekilde belirlemekte zorlandı.
Yeni araştırma, bu sorunu FAST'ın olağanüstü radyo hassasiyetini DESI'nin sağladığı devasa optik spektroskopi veri setiyle birleştirerek çözdü. Ekip, gökyüzünün neredeyse üçte birine yayılmış yaklaşık 2,5 milyon galaksiyi inceledi.
Araştırmacılar, tek tek tespit edilemeyecek kadar zayıf olan radyo sinyallerini birleştirmek için bir HI spektral yığınlama yöntemi kullandı. Her galaksinin kırmızıya kayma ölçümlerini hassas bir şekilde kullanarak zayıf sinyalleri hizaladı ve üst üste yığdı. Bu süreç, ortalama HI sinyalinin arka plan gürültüsünün içinden çıkmasını sağladı.
Bu yaklaşım, bilim insanlarının kozmik nötr hidrojendeki değişimleri benzeri görülmemiş bir örneklem boyutuyla ve olağanüstü yüksek istatistiksel hassasiyetle takip etmesine olanak tanıdı.
Yıldız Oluşumu Hidrojenden Çok Daha Hızlı Düştü
Sonuçlar, yıldız oluşumunun evrimi ile nötr hidrojen arzı arasında büyük bir fark olduğunu ortaya koydu.
Yaklaşık 4,5 milyar yıl önce, kozmik yıldız oluşum hızı bugünkünden yaklaşık 2,5 kat daha yüksekti. Ancak aynı dönemde, nötr atomik hidrojen yoğunluğu bugünkü seviyesinin yalnızca yaklaşık 1,4 katıydı.
Başka bir deyişle, evrenin HI rezervinde karşılaştırılabilir bir kayboluş olmadan yıldız oluşumu dramatik bir şekilde düştü. Bulgular, nötr hidrojenin hızla tükenmesinin tek başına yıldız oluşumunun neden bu kadar güçlü bir şekilde gerilediğini açıklayamayacağını gösteriyor.
Kozmik Gizem Yön Değiştiriyor
Araştırmacılara göre sonuçlar, temel soruyu "gaz tükeniyor mu" sorusundan, "bol miktarda nötr hidrojen rezervine rağmen yıldız oluşumunun giderek neden zorlaştığı" sorusuna çeviriyor.
Yıldızlar doğrudan çoğu nötr atomik hidrojen oluşmuyor. Temel olarak çok daha yoğun moleküler gaz bulutlarının içinde doğuyorlar. Nötr atomik hidrojen, evrenin daha büyük gaz arzıyla nihayetinde yıldız oluşumunu sağlayacak moleküler hidrojen arasında önemli bir ara konumda yer alıyor.
Araştırmacılar, daha yakın dönem evrendeki en önemli değişikliklerin, yalnızca ne kadar HI var olduğuyla değil, gazın baryon döngüsü boyunca nasıl hareket ettiğiyle ilgili olabileceğini öne sürüyor.
Kozmik ağdan gelen gaz akışı zayıfladıkça ve gaz yoğunlukları azaldıkça, galaksiler HI'yi moleküler hidrojene dönüştürmede daha az verimli hale gelebilir. Bu senaryoda, genel HI rezervi nispeten stabil kalırken, doğrudan yıldız yaratmaktan sorumlu olan moleküler gaz arzı kademeli olarak azalıyor.
Evrenin Yıldız Fabrikaları Neden Sönüyor?
Dolayısıyla bu bulguların etkileri, yalnızca evrende ne kadar hidrojen bulunduğunu belirlemenin ötesine geçiyor. Bulgular, evrenin devasa yıldız oluşturan motorlarının neden kademeli olarak yavaşladığına dair önemli bir yeni ipucu sunuyor.
Araştırmacılara göre, FAST ve DESI gözlemlerini birleştirmek, evrenin sonraki evrelerindeki kozmik gaz döngüsünü, yıldız oluşumundaki uzun vadeli düşüşü ve galaksileri şekillendiren daha geniş süreçleri incelemek için yeni bir gözlemsel ölçüt oluşturuyor.
Araştırma, Çin Ulusal Astronomi Gözlemevi, CAS Şanghay Astronomi Gözlemevi ve Şanghay Jiao Tong Üniversitesi'nden bilim insanları ile DESI'ye katılan araştırmacılar tarafından yürütüldü.
Katkıda bulunanlar Asya, Kuzey Amerika ve Avrupa'daki araştırma kurumlarından geldi. Bu iş birliği, son derece hassas radyo gözlemlerinin devasa optik spektroskopi taramalarıyla birleştirilmesinin bilimsel potansiyelini gözler önüne seriyor.
