Dev bebek galaksiler erken evren anlayışımızı nasıl sarsıyor?

“Şuna bak,” diyor Erica’nın mesajı. Yepyeni James Webb Uzay Teleskobu’ndan (JWST) ilk görüntüleri inceliyor.

Temmuz 2022, devrim niteliğindeki süper teleskobun ilk görüntülerinin yayınlanmasından ancak bir hafta sonra. Yapım aşamasında yirmi beş yıl, önceki tüm teleskoplardan yüz ila bin kat daha güçlü, insanlık tarihindeki en büyük ve en iddialı bilimsel deneylerden biri: Abartılı konuşmamak zor ve hepsi doğru.

Teleskopun inşa edilmesi on yıllar aldı, çünkü bir roketin üzerine sığması ve Dünya’dan 1,5 milyon km uzaklıktaki uzayın soğukluğuna gönderilmesi için katlanabilir hale getirilmesi gerekiyordu. Burada, Dünya’nın ısı parıltısından uzakta, JWST uzak evrenden gelen en zayıf kızılötesi ışığı algılayabilir.

Resimler arasında Büyük Patlama’dan sonra ilk galaksilerin nasıl oluştuğuna dair anlayışımızı sarsacak küçük bir kırmızı nokta olduğunu bilmiyordum. Aylarca süren analizden sonra, meslektaşlarım ve ben sonuçlarımızı şu tarihte yayınladık: Doğa.

Yeni tür galaksileri avlamak

Erica ve ben yeni galaksi türleri keşfetmenin peşindeyiz. Saygıdeğer Hubble Uzay Teleskobu’nun onlarca yıl gökyüzünü inceledikten sonra bile gözden kaçırdığı galaksiler.

O ve ben 15 yıl öncesine gidiyoruz. O, Kaliforniya’daki bir liberal sanat kolejinde birinci sınıf öğrencisiyken tanıştık ve ben yeni basılmış bir doktora öğrencisiydim. Üniversiteden hemen sonra, Los Angeles’ta bir araştırmacı olarak ilk işime yeni başlıyorum. JWST sadece uzak bir söylentiydi.

Her nasılsa, yıllar sonra yollarımız tekrar kesişti ve şimdi Colorado Üniversitesi’nden Yardımcı Doçent Erica Nelson ve ben kendimizi çok gerçek bir JWST’nin ilk verilerine saldıran mızrağın ucunda buluyoruz.

Yeni galaksilere “UFO’lar” diyor ve satırların arasında kocaman bir sırıtış okuyabiliyorum: “ultra kırmızı düzleştirilmiş nesneler”, çünkü hepsi uçan daire gibi görünüyor. Renkli görüntülerde çok kırmızı görünüyorlar çünkü tüm ışık kızılötesinde çıkıyor, oysa galaksiler insanların görebileceği dalga boylarında görünmez.

Kızılötesi, JWST’nin en uzak galaksileri gözetlemesine izin veren süper gücüdür. Büyük Patlama’dan sonra oluşan ilk yıldızlardan ve galaksilerden gelen ultraviyole ve görünür ışık, bize doğru ilerlerken evrenin genişlemesiyle esner, bu nedenle ışık bize ulaştığında biz onu kızılötesi ışık olarak görürüz.

İnanılmaz derecede erken, inanılmaz derecede büyük galaksiler

Biri hariç Erica’nın tüm galaksileri daire gibi görünüyor. Ekrandaki küçük kırmızı noktaya bakıyorum. Bu bir UFO değil. Ve sonra bana çarpıyor: Bu çok farklı bir şey. Çok daha önemli.

Analiz yazılımını küçük iğne deliği üzerinde çalıştırıyorum ve iki sayı veriyor: mesafe 13,1 milyar ışıkyılı, kütle 100 milyar yıldız ve neredeyse kahvemi tükürüyordum. Az önce imkansızı keşfettik. İnanılmaz derecede erken, inanılmaz derecede büyük galaksiler.

Bu mesafeden ışığın bize ulaşması 13 milyar yıl sürdü, bu nedenle galaksileri, evrenin yalnızca 700 milyon yaşında olduğu, şu anki 13,8 milyar yıllık yaşının ancak %5’i olduğu bir zamanda görüyoruz. Eğer bu doğruysa, bu galaksi günümüz Samanyolu kadar çok yıldız oluşturmuştur. Rekor sürede.

Ve birinin olduğu yerde daha fazlası var. Bir gün sonra altı tane bulmuştum.

Astronominin kayıp halkası?

Astronominin kayıp halkasını keşfedebilir miydik? Galaksi oluşumunda uzun süredir devam eden bir bilmece var. Uzayda ve zamanda geriye baktığımızda, tamamen oluşmuş, olgun galaksilerin “cesetlerinin” Büyük Patlama’dan yaklaşık 1,5 milyar yıl sonra birdenbire ortaya çıktığını görüyoruz.

Bu galaksiler yıldız oluşturmayı bıraktı. Biz onlara ölü galaksiler diyoruz ve bazı astronomlar onlara takıntılı. Bu ölü galaksilerin yıldız yaşları, evrende çok daha önce oluşmuş olmaları gerektiğini gösteriyor, ancak Hubble onların daha önceki yaşam aşamalarını hiçbir zaman tespit edemedi.

Erken ölü galaksiler, Samanyolu kadar çok yıldızı bir araya getiren, ancak 30 kat daha küçük olan gerçekten tuhaf yaratıklardır. 100 kilo ağırlığında ama 6 cm boyunda duran bir yetişkin düşünün. Küçük kırmızı noktalarımız da aynı derecede tuhaf. Aynı galaksilerin bebek versiyonları gibi görünüyorlar, yine 100 kilo ağırlığında, 6 cm boyundalar.

Çok fazla yıldız, çok erken

Bir sorun var, ancak. Bu küçük kırmızı noktaların çok erken, çok fazla yıldızı var. Yıldızlar hidrojen gazından oluşur ve temel kozmolojik (“Big Bang”) teorisi, yıldızları oluşturmak için ne kadar gazın mevcut olduğuna dair zor tahminler yapar.

Bu galaksileri bu kadar hızlı üretmek için, evrendeki neredeyse tüm gazın %100’e yakın bir verimlilikle yıldızlara dönüşmesine ihtiyacınız var. Ve bu çok zordur, ki bu imkansızın bilimsel terimidir. Bu keşif, evrendeki en eski galaksilerin nasıl oluştuğuna dair anlayışımızı değiştirebilir.

Bunun anlamı, canavar galaksileri çok hızlı, çok verimli bir şekilde üreten farklı bir kanal, hızlı bir yol olduğudur. İlk %1 için hızlı bir yol.

Bir bakıma bu adayların her biri “kara kuğu” olarak değerlendirilebilir. Birinin bile doğrulanması, tüm erken galaksilerin yavaş ve kademeli olarak büyüdüğü mevcut “tüm kuğular beyazdır” galaksi oluşumu modelimizi geçersiz kılar.

Parmak izlerinin kontrol edilmesi

Bu gizemi çözmenin ilk adımı, bu galaksilerin her birinin ışığını bir prizmadan geçirip gökkuşağı benzeri parmak izine böldüğümüz spektroskopi ile mesafeleri doğrulamaktır. Bu bize% 0,1 doğruluk mesafesini söyleyecektir.

Ayrıca bize ışığı neyin ürettiğini, yıldızlar mı yoksa daha egzotik bir şey mi olduğunu söyleyecektir.

Şans eseri, yaklaşık bir ay önce, JWST zaten altı aday büyük gökadadan birini hedef aldı ve bunun uzak bir bebek kuasar olduğu ortaya çıktı. Bir kuasar, bir galaksinin merkezindeki süper kütleli bir kara deliğe gaz düştüğünde ve parlak bir şekilde parlamaya başladığında meydana gelen bir olgudur.

Bu bir yandan gerçekten heyecan verici, çünkü galaksilerdeki süper kütleli karadeliklerin kökeni de anlaşılmış değil ve bebek kuasarları bulmak anahtarı elinde tutabilir. Öte yandan, kuasarlar ev sahibi galaksinin tamamını gölgede bırakabilir, bu nedenle orada kaç tane yıldız olduğunu ve galaksinin gerçekten o kadar büyük olup olmadığını söylemek imkansızdır.

Hepsinin cevabı bu olabilir mi? Bebek kuasarlar her yerde mi? Muhtemelen hayır, ancak kalan galaksileri araştırmak ve öğrenmek bir yıl daha alacak.

Bir siyah kuğu düştü, beşi kaldı.

Bu makale şu adresten yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altında. Okumak orijinal makale.