Samanyolu: Kozmik tozun 3 boyutlu haritası ortaya çıktı

Kozmik tozun 3 boyutlu haritası sunuldu

130 milyon Gaia spektrumu, LAMOST araştırmasının sonuçları ve makine öğrenimi kullanılarak, Samanyolu galaksimizdeki kozmik tozun özelliklerinin ilk ayrıntılı 3B haritası oluşturuldu. Toz, gözlemleri güçlü bir şekilde etkileyebileceğinden, harita verilerin önemli ölçüde daha iyi anlaşılmasını sağlıyor.

Tozdan kaynaklanan sönme eğrisinin ("sönme eğrisi") dalga boyu bağımlılığındaki değişimlerin grafiksel gösterimi, burada galaktik disk düzleminde Güneş'ten 8000 ışık yılı uzaklığa kadar gösterilmiştir. Kırmızı, sönmenin uzun dalga boylarında (spektrumun kırmızı ucunda) daha hızlı azaldığı bölgeleri gösterirken, mavi, dalga boyuna daha az belirgin bir bağımlılığı göstermektedir. Veri yetersizliği olan bölgeler beyaz renkle gösterilmiştir. Gri konturlar, yüksek toz yoğunluğuna sahip bölgeleri işaret etmektedir. [ Daha büyük resmi görüntüle ]

Gökbilimciler uzak gök cisimlerini gözlemlerken olası bir sorunla karşı karşıya kalırlar: Gözlemlediğim yıldız gerçekten göründüğü kadar kırmızımsı mı? Yoksa sadece ışığının teleskobuma ulaşmak için bir kozmik toz bulutunun içinden geçmesi gerektiği için mi kırmızımsı görünüyor? Doğru gözlemler için gökbilimcilerin, kendileriyle uzak hedefleri arasında ne kadar toz olduğunu bilmeleri gerekir. Toz, cisimlerin kırmızımsı görünmesine ("kızarma") neden olmakla kalmaz, aynı zamanda gerçekte olduklarından daha sönük görünmelerine de ("yok olma") neden olur. Uzak cisimlere bakışımız, aslında kirli bir pencereden bakmak gibidir.

İki gökbilimci, kozmik çevremizdeki tozun özelliklerini benzeri görülmemiş bir ayrıntıyla belgeleyen 3 boyutlu bir harita oluşturdu. Bu harita, gözlemler yorumlanırken tozun etkilerinin doğru bir şekilde dikkate alınmasını sağlıyor. Bunun nedeni, yıldız gözlemlerinin tozun etkilerini yeniden yapılandırmanın bir yolunu sunmasıdır. Kozmik toz parçacıkları ışığı tüm dalga boylarında eşit olarak emip dağıtmaz. Bunun yerine, ışığı daha kısa dalga boylarında (spektrumun mavi ucuna doğru) daha güçlü, daha uzun dalga boylarında (kırmızı ucuna doğru) ise daha az güçlü emerler. Bu dalga boyu bağımlılığı bir "sönme eğrisi" olarak çizilebilir. Bu eğrinin şekli, yalnızca tozun bileşimini değil, aynı zamanda yıldızlararası uzayın farklı bölgelerindeki radyasyon miktarı ve özellikleri gibi yerel ortamını da ortaya koyar.

Max Planck Astronomi Enstitüsü'nde (MPIA) doktora öğrencisi olan Xiangyu Zhang ve MPIA'daki bağımsız bir araştırma grubunun (Sofja Kovalevskaja Grubu) başkanı ve Zhang'ın doktora danışmanı Gregory Green, bu tür bilgileri kullanarak Samanyolu'ndaki toz özelliklerinin bugüne kadarki en ayrıntılı 3B haritasını oluşturdu. Zhang ve Green, özellikle son on yılda Samanyolu'muzdaki ve en yakın galaktik komşumuz Macellan Bulutları'ndaki bir milyardan fazla yıldızın konumlarını, hareketlerini ve diğer özelliklerini son derece hassas bir şekilde ölçen ESA'nın Gaia misyonundan elde edilen verilerden yararlandı. Haziran 2022'de yayınlanan Gaia misyonunun üçüncü veri yayını (DR3), 220 milyon spektrum sağlıyor.

Zhang ve Green, kalite kontrolünün ardından spektrumların yaklaşık 130 milyonunun Samanyolu'ndaki toz araştırmaları için uygun olduğunu tespit etti. Gaia spektrumları düşük çözünürlüklüdür, yani ışığı farklı dalga boyu aralıklarına ayırma biçimleri nispeten kabadır. Ancak iki gökbilimci bu sınırlamayı aşmanın bir yolunu buldu: Seçtikleri yıldızların yüzde biri için, Çin Ulusal Gözlemevleri'nin LAMOST araştırmasından elde edilen yüksek çözünürlüklü spektrumlar mevcut. Bunlar, söz konusu yıldızların yüzey sıcaklıkları gibi temel özellikleri hakkında güvenilir bilgiler sağlar ve bu da bir yıldızın spektral türünü belirler.

Zhang ve Green daha sonra, farklı yıldız özellikleri ve tozun farklı özellikleri için gerçekçi model spektrumları oluşturmak üzere bir sinir ağını eğittiler. Bu örnek spektrumları 130 milyon Gaia spektrumuyla karşılaştırdılar. Uygun istatistiksel yöntemler kullanarak, bizimle bu 130 milyon yıldız arasındaki kozmik tozun özelliklerini çıkarabildiler. Sonuçlardan, Samanyolu'ndaki tozun sönüm eğrisinin ilk ayrıntılı, üç boyutlu haritası yeniden oluşturuldu. Bu, yalnızca mevcut yıldız spektrumlarının çokluğu sayesinde mümkün oldu: yaklaşık bir milyon spektruma dayanan önceki çalışmalarla karşılaştırıldığında, 130 milyon.

Ancak toz, astronomide sıradan bir sorundan çok daha fazlasıdır. Tozları sayesinde ortam radyasyonundan korunan geniş gaz bulutlarında gerçekleşen yıldız oluşumunda hayati bir rol oynar. Yeni doğan yıldızlar, gezegenlerin doğum yerleri olan gaz ve toz diskleriyle çevrilidir. Toz tanecikleri, Dünya gibi gezegenlerin katı cisimlerinin nihayetinde oluştuğu yapı taşlarıdır. Aslında, hidrojen ve helyumdan daha ağır elementlerin çoğu, galaksimizin yıldızlararası ortamındaki yıldızlararası toz tanecikleri içinde hapsolmuştur.

Yeni sonuçlar yalnızca hassas bir 3B harita sunmakla kalmıyor, aynı zamanda yıldızlararası toz bulutlarının şaşırtıcı bir özelliğini de ortaya koyuyor. Şimdiye kadar, daha yüksek toz yoğunluğuna sahip bölgelerdeki sönüm eğrisinin daha düz (yani dalga boyuna daha az bağımlı) olması bekleniyordu. Bu durumda "daha yüksek yoğunluk" hâlâ çok az madde anlamına geliyor: metreküp başına yaklaşık on milyarda bir gram toz, ki bu da Dünya yarıçapındaki bir kürede yalnızca on kilogram toza denk geliyor. Ancak yoğunluğu biraz daha yüksek olan bu bölgelerde bile, toz taneleri daha büyük olma eğilimindedir ve bu da bu bölgelerin genel emilim özelliklerini değiştirir.

Ancak yakın zamanda yayınlanan çalışma farklı bir gerçeği ortaya koyuyor: Bulgularına göre, sönüm eğrisi orta yoğunluklu bölgelerde daha dik hale geliyor. Bu bölgelerde, soğurma, daha kısa dalga boylarında daha uzun dalga boylarına göre giderek daha etkili hale geliyor. Zhang ve Green, bu beklenmedik derecede güçlü dalga boyu bağımlılığının, yıldızlararası ortamda en bol bulunan hidrokarbonlar olan ve hatta yaşamın kökeninde rol oynamış olabilecek polisiklik aromatik hidrokarbonlar (PAH'lar) adı verilen bir molekül türünden kaynaklanabileceğinden şüpheleniyor. İki araştırmacı, bu hipotezi test etmek için daha fazla gözlem planladı.

Zhang ve Green bulgularını Science dergisinde yayımlanan bilimsel bir makalede bildirdiler.

Max Planck Astronomi Enstitüsü