İlk galaksilerin yıldızları, galaksiler arası gazı ısıtıp iyonize ederek ışığın serbestçe dolaşmasına ve etraflarındaki geniş bölgeleri temizlemesine olanak tanıyordu.
Parlak farlarla donatılmış mağara dalgıçları genellikle ayaklarımızın bir milden daha az altındaki kayalardaki oyukları keşfederler. Bu mağara sistemlerinden tamamen habersiz olmak kolaydır – üstlerindeki bir çayırda otursanız bile – çünkü mağaracılarla aranızdaki kaya, farlarından gelen ışığın cennet gibi öğleden sonrayı bozmasını engeller.
Bu vizyonu şuraya uygulayın: erken evrendeki koşullar, ancak kayaya odaklanmaktan gaza odaklanmak. Büyük Patlama’dan yalnızca birkaç yüz milyon yıl sonra evren, yıldızlardan ve galaksilerden gelen ışığı bazı dalga boylarında hapseden opak hidrojen gazıyla doluydu. İlk milyar yıl boyunca gaz tamamen şeffaf hale geldi ve ışığın özgürce hareket etmesine olanak sağladı. Araştırmacılar uzun zamandır bu değişimi açıklayacak kesin kanıtlar arıyorlardı.
James Webb Uzay Teleskobu’ndan elde edilen yeni veriler, yakın zamanda evrenin yalnızca 900 milyon yaşında olduğu dönemde var olan bir dizi galaksiyi kullanarak sorunun cevabını kesin olarak belirledi. Bu galaksilerdeki yıldızlar etraflarındaki gazı iyonize edip ısıtmaya yetecek kadar ışık yayarak devasa, şeffaf “kabarcıklar” oluşturdular. Sonunda bu kabarcıklar bir araya gelerek birleşti ve günümüzün net ve geniş görüşlerine yol açtı.
Webb Uzay Teleskobu Kanıtlıyor Galaksiler Erken Evreni Dönüştürdü
Evrenin erken dönemlerinde, yıldızlar ve galaksiler arasındaki gaz opaktı; enerjik yıldız ışığı ona nüfuz edemiyordu. Ancak büyük patlamadan 1 milyar yıl sonra gaz tamamen şeffaf hale gelmişti. Neden? NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’ndan elde edilen yeni veriler bunun nedenini tam olarak belirledi: Galaksilerin yıldızları etraflarındaki gazı ısıtmak ve iyonize etmek için yeterli ışık yayarak yüz milyonlarca yıl boyunca kolektif görüşümüzü netleştirdi.
Sonuçlar, İsviçre’deki ETH Zürih’ten Simon Lilly liderliğindeki bir araştırma ekibi, evrenin dramatik değişimlere uğradığı, Yeniden İyonlaşma Çağı (aşağıdaki resme bakınız) olarak bilinen bir zaman periyodu hakkındaki en yeni bilgilerdir. Büyük Patlama’dan sonra evrendeki gaz inanılmaz derecede sıcak ve yoğundu. Yüz milyonlarca yıl boyunca gaz soğudu. Sonra evren “tekrarla”ya bastı. Gaz, muhtemelen galaksilerdeki ilk yıldızların oluşumu nedeniyle tekrar ısındı ve iyonize oldu ve milyonlarca yıl boyunca şeffaf hale geldi.
Araştırmacılar uzun süredir bu dönüşümleri açıklamak için kesin kanıtlar arıyorlardı. Yeni sonuçlar, bu yeniden iyonlaşma döneminin sonunda perdeyi etkili bir şekilde geri çekiyor. Ekibin ilk makalesinin baş yazarı, Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nden Daichi Kashino, “Webb, bu şeffaf bölgelerin galaksilerin çevresinde bulunduğunu açıkça göstermekle kalmıyor, aynı zamanda bunların ne kadar büyük olduklarını da ölçtük” dedi. “Webb’in verileriyle galaksilerin etraflarındaki gazı yeniden iyonlaştırdığını görüyoruz.”
Bu şeffaf gaz bölgeleri galaksilerle karşılaştırıldığında çok devasa; içinde bezelye asılı olan bir sıcak hava balonu hayal edin. Webb’in verileri, bu nispeten küçük galaksilerin, etraflarındaki devasa uzay bölgelerini temizleyerek yeniden iyonlaşmaya yol açtığını gösteriyor. Sonraki yüz milyon yıl boyunca, bu şeffaf “balonlar” gittikçe büyümeye devam etti ve sonunda birleşerek tüm evrenin şeffaf hale gelmesine neden oldu.
Lilly’nin ekibi kasıtlı olarak Çağın sonundan hemen önceki bir zamanı hedefledi. Yeniden iyonlaşma, evrenin ne tam olarak berrak ne de tam opak olduğu bir dönemde, çeşitli hallerde bir parça gaz içeriyordu. Bilim insanları Webb’i, kuasar ile teleskoplarımız arasındaki gazı vurgulayan, devasa bir el feneri gibi davranan son derece parlak, aktif, süper kütleli bir kara delik olan kuasarın yönüne doğru hedef aldılar. (Bunu bu görüntünün merkezinde bulun: Minik ve pembe olup, altı belirgin kırınım sivri ucuna sahiptir.)
Kuasarın ışığı farklı gaz parçaları boyunca bize doğru ilerledikçe, ya opak olan gaz tarafından emildi ya da şeffaf gazın içinde serbestçe hareket etti. Ekibin çığır açan sonuçları ancak Webb’in verilerinin, her ikisi de Şili’de bulunan Hawaii’deki W. M. Keck Gözlemevi’ndeki merkezi kuasar gözlemleri ve Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskobu ve Las Campanas Gözlemevi’ndeki Magellan Teleskobu’nun gözlemleriyle eşleştirilmesiyle mümkün oldu.
{ 4}Başka bir ekip makalesinin başyazarı olan Cambridge, Massachusetts’teki MIT’den Anna-Christina Eilers, “Görüş hattımız boyunca gazı aydınlatan kuasar bize gazın bileşimi ve durumu hakkında kapsamlı bilgi veriyor” diye açıkladı.{2 }
Araştırmacılar daha sonra bu görüş hattı yakınındaki galaksileri belirlemek için Webb’i kullandılar ve galaksilerin genellikle yaklaşık 2 milyon ışık yılı yarıçaplı şeffaf bölgelerle çevrili olduğunu gösterdiler. Başka bir deyişle Webb, Yeniden İyonlaşma Çağı’nın sonunda galaksilerin etraflarındaki alanı temizleme sürecine tanık oldu. Bunu bir perspektife oturtmak gerekirse, bu galaksilerin temizlediği alan, Samanyolu galaksimiz ile en yakın komşumuz Andromeda arasındaki uzayla yaklaşık olarak aynı mesafedir.
Şu ana kadar araştırmacılar, bu konuda kesin bir kanıta sahip değildi. Yeniden iyonlaşmaya neyin sebep olduğu; Webb’den önce neyin sorumlu olduğundan tam olarak emin değillerdi.
Bu galaksiler neye benziyor? Ekibin ikinci makalesinin baş yazarı ve ETH Zürich’ten Jorryt Matthee, “Onlar yakındaki evrendekilerden daha kaotikler” diye açıkladı.Oldukça maceracı bir gençlikleri vardı!”
Bu arada Eilers, Webb’in verilerini kullanarak bu alanın merkezindeki kuasardaki kara deliğin şu anda erken evrende bilinen en büyük kara delik olduğunu ve 10 ağırlığıyla doğruladı. Güneş’in kütlesinin milyar katı. “Evrenin tarihinin bu kadar erken bir döneminde kuasarların nasıl bu kadar büyüyebildiğini hâlâ açıklayamıyoruz” diye paylaştı. “Bu çözülmesi gereken başka bir bulmaca!” Webb’den alınan mükemmel görüntüler ayrıca kuasardan gelen ışığın yerçekimsel olarak merceklendiğine dair hiçbir kanıt ortaya çıkarmadı, bu da kütle ölçümlerinin kesin olmasını sağladı.
Ekip yakında her biri sabitlenmiş beş ek alanda galaksiler hakkında araştırmaya başlayacak. merkezi bir kuasar tarafından. Webb’in ilk sahadaki sonuçları o kadar netti ki, onları paylaşmak için sabırsızlanıyorlardı. Kashino, “Yeniden İyonlaşma Çağı’nda var olan birkaç düzine galaksiyi tanımlamayı bekliyorduk ama 117’sini kolayca seçebildik” diye açıkladı. “Webb beklentilerimizi aştı.”
Lilly’nin araştırma ekibi, Emisyon Hattı Gökadaları ve Yeniden İyonlaşma Çağında Galaksiler Arası Gaz (EIGER), geleneksel görüntüleri birleştirmenin benzersiz gücünü ortaya koydu Webb’in NIRCam’inden (Yakın Kızılötesi Kamera) aynı cihazın geniş alanlı yarıksız spektroskopi modundan alınan verilerle, görüntülerdeki her nesnenin spektrumunu verir ve Webb’i ekibin “muhteşem spektroskopik kırmızıya kayma makinesi” olarak adlandırdığı şeye dönüştürür.{1 }
Ekibin ilk yayınları arasında “EIGER I. 5,3 < z < 6,9'da [O iii] yayan galaksilerin büyük bir örneği ve galaksiler tarafından yerel yeniden iyonlaşmanın doğrudan kanıtı”, Kashino liderliğindeki “EIGER II. Matthee ve "EIGER III. Ultra parlak, yüksek kırmızıya kaymalı J0100+2802 kuasarının JWST/NIRCam gözlemleri", Eilers liderliğinde yapıldı ve The Astrophysical Journal'da yayınlandı.
Referanslar:
“EIGER. I. 5,3 < z < 6,9'da [O iii] Yayan Gökadaların Büyük Bir Örneği ve Galaksiler Tarafından Yerel Yeniden İyonlaşmanın Doğrudan Kanıtı” Yazan: Daichi Kashino, Simon J. Lilly, Jorryt Matthee, Anna-Christina Eilers, Ruari Mackenzie, Rongmon Bordoloi ve Robert A. Simcoe, 12 Haziran 2023, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/acc588
“EIGER. II. Z = 5–7’de Galaksilerdeki Güçlü Hβ ve [O iii] Çizgi Emisyonuyla İlişkili Genç Yıldızların ve İyonize Gazın JWST ile İlk Spektroskopik Karakterizasyonu”, Jorryt Matthee, Ruari Mackenzie, Robert A. Simcoe, Daichi Kashino, Simon J. Lilly, Rongmon Bordoloi ve Anna-Christina Eilers, 12 Haziran 2023, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/acc846
“EIGER. III. JWST/NIRCam Observations of the Ultraluminous High-redshift Quasar J0100+2802” Yazan: Anna-Christina Eilers, Robert A. Simcoe, Minghao Yue, Ruari Mackenzie, Jorryt Matthee, Dominika Ďurovčíková, Daichi Kashino, Rongmon Bordoloi ve Simon J. Lilly, 12 Haziran 2023, The Astrophysical Journal.
DOI: 10.3847/1538-4357/acd776
James Webb Uzay Teleskobu dünyanın önde gelen uzay bilimi gözlemevidir. Webb, güneş sistemimizdeki gizemleri çözecek, diğer yıldızların etrafındaki uzak dünyalara bakacak ve evrenimizin gizemli yapılarını, kökenlerini ve onun içindeki yerimizi araştıracak. Webb, ortakları ESA (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı ile birlikte NASA tarafından yürütülen uluslararası bir programdır.
.