Binlerce gökada, gökada kümesi SMACS 0723’ün bu yakın kızılötesi, yüksek çözünürlüklü görüntüsünü dolduruyor. Kredi: NASA, ESA, CSA, STScI
Gökbilimcilerden oluşan bir ekip, şimdiye kadar keşfedilen en uzak küresel kümeleri belirlemek için James Webb Telescope’u (JWST) kullandı. Milyonlarca yıldızdan oluşan bu yoğun gruplar, evrendeki ilk ve en eski yıldızları içeren kalıntılar olabilir.
Webb’in evrenin en eski gökadalarından bazılarını betimleyen İlk Derin Alan görüntüsünün ilk analizi geçtiğimiz günlerde yayınlandı. Astrofizik Dergi Mektupları. Çalışma, Toronto Üniversitesi Sanat ve Bilim Fakültesi’ndeki Dunlap Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nden uzmanların da dahil olduğu Kanadalı gökbilimcilerden oluşan bir ekip tarafından yürütüldü.
Doktora sonrası araştırmacı Lamiya Mowla, “JWST, ilk yıldızları ve ilk galaksileri bulmak ve evrendeki kimyasal elementler ve yaşamın yapı taşları gibi karmaşıklığın kökenlerini anlamamıza yardımcı olmak için inşa edildi” diyor. Dunlap Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü ve CANadian NIRISS Tarafsız Küme Araştırması (CANUCS) ekibi tarafından yürütülen çalışmanın eş baş yazarı.
“Webb’in İlk Derin Alanındaki bu keşif, JWST’nin inanılmaz gücünü doğrulayarak yıldız oluşumunun en erken aşamasına ayrıntılı bir bakış sağlıyor.”
Araştırmacılar, Webb’in İlk Derin Alanında bulunan Sparkler gökadasını incelediler ve JWST’yi kullanarak, etrafındaki parıldayan nesnelerden beşinin küresel kümeler olduğunu belirlediler. Kredi: NASA, ESA, CSA, STScI’den görüntülerle Kanada Uzay Ajansı aracılığıyla görüntü; Mowla, Iyer ve ark. 2022
İnce ayrıntılara sahip Webb’in İlk Derin Alan görüntüsünde, gökbilimciler hızla “Parıltı gökadası” adını verdikleri şeye odaklandılar. Dokuz milyar ışıkyılı uzaklıkta bulunan bu galaksi, adını, araştırmacılar tarafından “parıltılar” olarak adlandırılan, etrafını saran küçük sarı-kırmızı noktalar olarak görünen kompakt nesnelerden almıştır. Araştırma ekibi, bu kıvılcımların aktif olarak yıldız oluşturan genç kümeler olabileceğini belirledi – üç milyar yıl sonra doğdu. Büyük patlama yıldız oluşumunun zirvesinde – veya eski küresel kümelerde. Küresel kümeler, bir galaksinin bebeklik döneminden kalma eski yıldız koleksiyonlarıdır ve oluşum ve büyümesinin ilk aşamaları hakkında ipuçları içerir.
Araştırma ekibi, bu kompakt nesnelerden 12’sinin ilk analizinden, beşinin yalnızca küresel kümeler olmadığını, bilinen en eski kümeler arasında olduğunu belirledi.
“JWST’den alınan ilk görüntülere bakmak ve uzak galaksilerin etrafındaki eski küresel kümeleri keşfetmek inanılmaz bir andı – öncekilerle mümkün olmayan bir an. Hubble uzay teleskobu görüntüleme, ”diyor Dunlap Astronomi ve Astrofizik Enstitüsü’nde doktora sonrası araştırmacı ve çalışmanın ortak yazarı Kartheik G. Iyer.
“Parıltıları bir dizi dalga boyunda gözlemleyebildiğimiz için, onları modelleyebilir ve kaç yaşında oldukları ve kaç yıldız içerdikleri gibi fiziksel özelliklerini daha iyi anlayabiliriz. JWST ile küresel kümelerin bu kadar uzak mesafelerden gözlemlenebileceği bilgisinin, daha fazla bilimi ve benzer nesneleri aramayı teşvik edeceğini umuyoruz.”
Kütleçekimsel mercekleme gökbilimciler tarafından çok uzak ve çok sönük gökadaları incelemek için kullanılır. Kredi: NASA, ESA & L. Calçada
bu Samanyolu Galaksinin yaklaşık 150 küresel kümeye sahip olduğu biliniyor, ancak bu yoğun yıldız kümelerinin tam olarak nasıl ve ne zaman oluştuğu tam olarak anlaşılamıyor. Gökbilimciler, küresel kümelerin son derece yaşlı olabileceğini biliyorlar, ancak yaşlarını ölçmek inanılmaz derecede zor. Uzak galaksilerdeki ilk yıldızların yaşını belirlemek için çok uzak küresel kümeleri kullanmak daha önce yapılmamıştı ve sadece JWST ile mümkün.
Mowla, “Bu yeni tanımlanan kümeler, yıldız oluşturmanın mümkün olduğu ilk zamana yakın bir zamanda oluştu” diyor. Sparkler gökadası bizim Samanyolu’muzdan çok daha uzakta olduğu için, küresel kümelerinin yaşlarını belirlemek daha kolay. Maytap’ı dokuz milyar yıl önceki haliyle, evrenin sadece dört buçuk milyar yaşındayken, uzun zaman önce olmuş bir şeye bakarak gözlemliyoruz. Bunu, bir kişinin dış görünüşüne bakarak yaşını tahmin etmek gibi düşünün – beş ile 10 yaş arasındaki farkı söylemek kolay, ancak 50 ile 55 yaşındaki arasındaki farkı söylemek zor.”
Şimdiye kadar astronomlar Sparkler galaksisinin çevresindeki kompakt nesneleri Hubble Uzay Teleskobu ile göremiyorlardı. JWST’nin artan çözünürlüğü ve hassasiyetiyle bu durum değişti ve Webb’in İlk Derin Alan görüntüsünde galaksiyi çevreleyen küçük noktaları ilk kez ortaya çıkardı. Sparkler gökadası özeldir çünkü yerçekimsel mercekleme adı verilen bir etki nedeniyle 100 kat büyütülür – ön plandaki SMACS 0723 gökada kümesi, dev bir büyüteç gibi arkasındakini bozar. Ayrıca yerçekimsel mercekleme, Sparkler’ın üç ayrı görüntüsünü oluşturarak gökbilimcilerin galaksiyi daha ayrıntılı bir şekilde incelemesine olanak tanır.
Soldan sağa: Kartheik Iyer, Vince Estrada-Carpenter, Guillaume Desperez, Lamiya Mowla, Marcin Sawicki, Victoria Strait, Gabe Brammer ve Kate Gould (dizüstü bilgisayar ekranında), Ghassan Sarrouh, Chris Willott, Bob Abraham, Gael Noirot, Yoshi Asada, Nick Martis, Kredi: Lamiya Mowla ve Kartheik Iyer’in izniyle
Ulusal Araştırma Konseyi Herzberg Astronomi ve Astrofizik Araştırma Merkezi’nden CANUCS ekibi lideri Chris Willott, “Sparkler çalışmamız, JWST’nin benzersiz yeteneklerini yerçekimsel merceklemenin sağladığı doğal büyütme ile birleştirmedeki muazzam gücü vurguluyor” diyor. “Ekip, gelecek ay JWST gözünü CANUCS gökada kümelerine çevirdiğinde daha fazla keşif olacağı için heyecanlı.”
Araştırmacılar, JWST’nin Yakın Kızılötesi Kamerasından (NIRCam) elde edilen yeni verileri Hubble Scape Telescope arşiv verileriyle birleştirdi. NIRCam, insan gözü ve hatta Hubble Uzay Teleskobu tarafından görülebilenleri gözlemlemek için daha uzun ve daha kırmızı dalga boylarını kullanarak soluk nesneleri algılar. Hem galaksi kümesinin merceklemesinden kaynaklanan büyütmeler hem de JWST’nin yüksek çözünürlüğü, kompakt nesneleri gözlemlemeyi mümkün kılan şeylerdi.
JWST’deki Kanada yapımı Yakın Kızılötesi Görüntüleyici ve Yarıksız Spektrograf (NIRISS) cihazı, nesnelerin eski küresel kümeler olduğuna dair bağımsız bir onay sağladı çünkü araştırmacılar oksijen emisyon çizgilerini gözlemlemediler – genç kümeler tarafından yayılan ölçülebilir spektrumlu emisyonlar aktif olarak yıldızlar oluşturuyor. NIRISS, Sparkler’ın üçlü mercekli görüntülerinin geometrisinin çözülmesine de yardımcı oldu.
Saint’de profesör olan Marcin Sawicki, “JWST’nin Kanada’da üretilen NIRISS aracı, Sparkler’ın üç görüntüsünün ve onun küresel kümelerinin nasıl bağlantılı olduğunu anlamamıza yardımcı olması açısından hayati önem taşıyordu” diyor. Kanada Astronomi Araştırma Başkanı ve çalışmanın ortak yazarı olan Mary’s Üniversitesi. “Birkaç Sparkler küresel kümesinin üç kez görüntülenmesi, onların Sparkler gökadasının tesadüfen önünde olmak yerine etrafında döndüklerini açıkça ortaya koydu.”
JWST, Ekim 2022’den itibaren CANUCS alanlarını gözlemleyecek ve araştırmacıların çevresinde daha fazla bu tür sistem bulmayı bekledikleri beş büyük gökada kümesini incelemek için verilerinden yararlanacak. Gelecekteki çalışmalar, merceklenme etkisini anlamak için galaksi kümesini modelleyecek ve yıldız oluşum geçmişlerini açıklamak için daha sağlam analizler yürütecektir.
Referans: “The Sparkler: Evolved High-redshift Globular Cluster Candidates by JWST” yazan Lamiya Mowla, Kartheik G. Iyer, Guillaume Desprez, Vicente Estrada-Carpenter, Nicholas S. Martis, Gaël Noirot, Ghassan T. Sarrouh, Victoria Strait, Yoshihisa Asada, Roberto G. Abraham, Gabriel Brammer, Marcin Sawicki, Chris J. Willott, Marusa Bradac, René Doyon, Adam Muzzin, Camilla Pacifici, Swara Ravindranath ve Johannes Zabl, 29 Eylül 2022, Astrofizik Dergi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ac90ca
İşbirliği yapan kurumlar arasında York Üniversitesi ile Amerika Birleşik Devletleri ve Avrupa’daki kurumlar bulunmaktadır. Araştırma, Kanada Uzay Ajansı ve Kanada Doğa Bilimleri ve Mühendislik Araştırma Konseyi tarafından desteklendi.