Webb Telescope, galaksilerin erken evreni dönüştürdüğünü kanıtladı

Erken evrende, yıldızlar ve galaksiler arasındaki gaz opaktı; enerjik yıldız ışığı bu gazdan geçemezdi. Ancak büyük patlamadan 1 milyar yıl sonra gaz tamamen şeffaf hale geldi. Neden? NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’ndan alınan yeni veriler bunun nedenini kesin olarak belirledi: Galaksilerin yıldızları, etraflarındaki gazı ısıtmak ve iyonize etmek için yeterli ışık yayarak yüz milyonlarca yıl boyunca ortak görüşümüzü temizledi.

İsviçre’deki ETH Zürih’ten Simon Lilly liderliğindeki bir araştırma ekibinin sonuçları, Evrenin dramatik değişikliklere uğradığı, Yeniden İyonlaşma Çağı olarak bilinen bir zaman dilimi hakkında en yeni kavrayışlardır. Büyük patlamadan sonra evrendeki gaz inanılmaz derecede sıcak ve yoğundu. Yüz milyonlarca yıl boyunca gaz soğudu. Ardından, evren “tekrarla” düğmesine bastı. Gaz, muhtemelen galaksilerdeki ilk yıldızların oluşumu nedeniyle yeniden ısındı ve iyonlaştı ve milyonlarca yıl boyunca şeffaf hale geldi.

Araştırmacılar uzun zamandır bu dönüşümleri açıklamak için kesin kanıtlar aradılar. Yeni sonuçlar, bu yeniden iyonlaşma döneminin sonunda perdeyi etkili bir şekilde geri çekiyor. Ekibin ilk makalesinin baş yazarı olan Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nden Daichi Kashino, “Webb, bu şeffaf bölgelerin galaksilerin etrafında bulunduğunu açıkça göstermekle kalmadı, aynı zamanda ne kadar büyük olduklarını da ölçtük” dedi. “Webb’in verileriyle, galaksilerin etraflarındaki gazı yeniden iyonlaştırdığını görüyoruz.”

Bu şeffaf gaz bölgeleri, galaksilere kıyasla devasadır; içinde bezelye asılı duran bir sıcak hava balonu hayal edin. Webb’in verileri, bu görece küçük galaksilerin yeniden iyonlaşmayı hızlandırdığını ve çevrelerindeki büyük uzay bölgelerini temizlediğini gösteriyor. Sonraki yüz milyon yıl boyunca, bu şeffaf “kabarcıklar” giderek daha fazla büyümeye devam etti, sonunda birleşti ve tüm evrenin şeffaf hale gelmesine neden oldu.

Lilly’nin ekibi kasıtlı olarak, Yeniden İyonlaşma Çağı’nın bitiminden hemen önce, evrenin tam olarak net olmadığı ve pek de opak olmadığı bir zamanı hedefledi – çeşitli eyaletlerde yamalı bir gaz içeriyordu. Bilim adamları Webb’i bir kuasarın -muazzam bir el feneri gibi davranan son derece parlak, aktif süper kütleli bir kara delik- yönüne doğrulttular ve kuasar ile teleskoplarımız arasındaki gazı vurguladılar. (Bu görüntünün merkezinde bulun: Küçük ve pembe, altı belirgin kırınım sivri ucuyla birlikte.)

Kuasarın ışığı farklı gaz parçalarından geçerek bize doğru yol alırken, ya opak gaz tarafından soğuruldu ya da şeffaf gaz aracılığıyla serbestçe hareket etti. Ekibin çığır açan sonuçları ancak Webb’in verilerini, her ikisi de Şili’de bulunan Hawaii’deki WM Keck Gözlemevi’nden ve Avrupa Güney Gözlemevi’nin Çok Büyük Teleskobu ve Las Campanas Gözlemevi’ndeki Magellan Teleskopu’ndan alınan merkezi kuasar gözlemleriyle eşleştirerek mümkün oldu.

Başka bir ekip makalesinin baş yazarı olan Cambridge, Massachusetts’teki MIT’den Anna-Christina Eilers, “Görüş hattımız boyunca gazı aydınlatarak, kuasar bize gazın bileşimi ve durumu hakkında kapsamlı bilgi veriyor” dedi.

Araştırmacılar daha sonra bu görüş hattına yakın gökadaları belirlemek için Webb’i kullandılar ve gökadaların genellikle yaklaşık 2 milyon ışıkyılı yarıçaplı saydam bölgelerle çevrili olduklarını gösterdiler. Başka bir deyişle Webb, Yeniden İyonlaşma Çağı’nın sonunda galaksilerin etraflarındaki boşluğu temizleme sürecine tanık oldu. Bunu perspektife koymak gerekirse, bu galaksilerin temizlediği alan, Samanyolu galaksimiz ile en yakın komşumuz Andromeda arasındaki mesafe ile yaklaşık olarak aynı mesafedir.

Şimdiye kadar, araştırmacılar yeniden iyonlaşmaya neyin sebep olduğuna dair bu kesin kanıtlara sahip değildi – Webb’den önce, neyin sorumlu olduğundan tam olarak emin değillerdi.

Bu galaksiler neye benziyor? Yine ETH Zürich’ten ve ekibin ikinci makalesinin baş yazarı Jorryt Matthee, “Yakındaki evrendekilerden daha kaotikler” dedi. “Webb, aktif olarak yıldız oluşturduklarını ve birçok süpernova fırlatmış olmaları gerektiğini gösteriyor. Oldukça maceracı bir gençlikleri vardı!”

Yol boyunca Eilers, bu alanın merkezindeki kuasardaki kara deliğin, Güneş’in kütlesinin 10 milyar katı ağırlığında, erken evrende şu anda bilinen en büyük kütle olduğunu doğrulamak için Webb’in verilerini kullandı. “Evrenin tarihinde bu kadar erken dönemlerde kuasarların nasıl bu kadar büyüyebildiğini hala açıklayamıyoruz” diye paylaştı. “Bu da çözülmesi gereken başka bir bilmece!” Webb’in mükemmel görüntüleri ayrıca, kuasardan gelen ışığın yerçekimsel olarak merceklendiğine dair hiçbir kanıt ortaya çıkarmadı ve bu da kütle ölçümlerinin kesin olmasını sağladı.

Ekip yakında, her biri merkezi bir kuasar tarafından demirlenmiş beş ek alanda galaksiler hakkında araştırma yapacak. Webb’in ilk sahadaki sonuçları o kadar açıktı ki, onları paylaşmak için sabırsızlanıyorlardı. Kashino, “Yeniden İyonlaşma Çağı’nda var olan birkaç düzine gökadayı tanımlamayı bekliyorduk, ancak 117’yi kolayca seçebildik,” diye açıkladı. “Webb beklentilerimizi aştı.”

Lilly’nin araştırma ekibi, Emisyon hattı galaksileri ve Yeniden İyonlaşma Çağındaki Galaksiler Arası Gaz (EIGER), Webb’in geleneksel görüntülerini birleştirmenin benzersiz gücünü gösterdi. NIRCam (Yakın Kızılötesi Kamera), aynı cihazın, görüntülerdeki her nesnenin bir spektrumunu veren geniş alanlı yarıksız spektroskopi modundan gelen verilerle Webb’i ekibin “muhteşem spektroskopik kırmızıya kayma makinesi” olarak adlandırdığı şeye dönüştürüyor.

Ekibin ilk yayınları şunları içerir: “EIGER I. büyük bir örnek [O iii]- Kashino liderliğindeki 5.3’te galaksiler yayan, “EIGER II. genç yıldızların ve güçlü Hβ ile ilişkili iyonize gazın ilk spektroskopik karakterizasyonu ve [OIII] JWST ile z = 5—7’deki galaksilerde hat emisyonu,” Mattee liderliğindeki ve “EIGER III. Ultra parlak yüksek kırmızıya kaymalı kuasar J0100+2802’nin JWST/NIRCam gözlemleri,” Eilers liderliğindeki ve içinde yayınlanacak Astrofizik Dergisi 12 Haziran’da