NASA’nın Webb Uzay Teleskobu Galaksilerin Erken Evreni Dönüştürdüğünü Kanıtlıyor

İlk galaksilerin yıldızları, galaksiler arası gazı ısıtıp iyonize ederek, etraflarındaki geniş bölgeleri temizleyerek ışığın serbestçe dolaşmasına izin veriyordu.

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 erken evrendeki koşullara uygulayın, ancak kayaya odaklanmaktan gaza odaklanın. Sadece birkaç yüz milyon yıl sonra Büyük patlamaEvren, 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 açıklamak için kesin kanıtlar arıyorlardı.

Yeni veriler James Webb Uzay Teleskobu yakın zamanda evrenin yalnızca 900 milyon yaşında olduğu dönemde var olan bir dizi galaksiyi kullanarak cevabı kesin olarak belirledi. Bu galaksilerdeki yıldızlar etraflarındaki gazı iyonize edip ısıtmaya yetecek kadar ışık yayarak devasa, şeffaf “kabarcıklar” oluşturdular. Sonunda bu baloncuklar bir araya gelerek birleşti ve günümüzün net ve geniş görüşlerine yol açtı.

James Webb Uzay Teleskobu, evrenin yalnızca 900 milyon yaşında olduğu dönemde var olan galaksilerin olağanüstü ayrıntılı görüntülerini ve spektrumlarını geri getirdi. ETH Zürih’ten Jorryt Matthee, “Webb’in yakın kızılötesi görüntüsünde, teleskobun tespit ettiği her galaksideki yapıları görebiliyoruz” dedi. “Webb bize bu ilk galaksilerin maceracı gençliğini gösteriyor.”
Bu galaksiler yakındaki evrendekilerden daha kaotik görünüyorlar; topak topak ve genellikle uzunlar. Bu galaksiler aynı zamanda daha genç ve aktif olarak yıldız oluşturuyorlar. Webb’in tespit ettiği yıldızların hepsi daha büyük, bu da bu galaksilerde çok sayıda renkli süpernovanın patlamasına yol açabilir.
Katkı Sağlayanlar: NASA, ESA, CSA, Simon Lilly (ETH Zürih), Daichi Kashino (Nagoya Üniversitesi), Jorryt Matthee (ETH Zürih), Christina Eilers (MIT), Rongmon Bordoloi (NCSU), Ruari Mackenzie (ETH Zürih), Alyssa Pagan (STScI), Ruari Mackenzie (ETH Zürih)

Webb Uzay Teleskobu Galaksilerin Erken Evreni Dönüştürdüğünü Kanıtlıyor

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.

İsviçre’deki ETH Zürih’ten Simon Lilly liderliğindeki bir araştırma ekibinin sonuçları, evrenin dramatik değişimlere uğradığı, Yeniden İyonlaşma Çağı (aşağıdaki resme bakınız) olarak bilinen bir zaman periyodu hakkındaki en yeni anlayışlardır. 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 yeniden ısındı ve iyonize oldu ve milyonlarca yıl içinde şeffaf hale geldi.

13 milyar yıldan fazla bir süre önce, Yeniden İyonlaşma Çağı’nda evren çok farklı bir yerdi. Galaksiler arasındaki gaz, enerjik ışık için büyük ölçüde opaktı ve bu da genç galaksilerin gözlemlenmesini zorlaştırıyordu. Yıldızlar ve genç galaksiler oluşmaya ve gelişmeye devam ettikçe etraflarındaki gazı değiştirmeye başladılar. Yüz milyonlarca yıl boyunca gaz, nötr, opak gazdan iyonize, şeffaf gaza dönüştü.
Evrenin tamamen iyonize olmasına ve günümüz evreninde gördüğümüz “açık” koşulların ortaya çıkmasına ne olanak sağladı?
James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanan araştırmacılar, bu dönemin sonuna doğru büyük oranda galaksilerin sorumlu olduğunu buldu. Bulguları hakkında bilgi edinin.
Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Joyce Kang (STScI)

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” diye açıkladı. “Webb’in verileriyle galaksilerin etraflarındaki gazı yeniden iyonlaştırdığını görüyoruz.”

Bu şeffaf gaz bölgeleri galaksilerle karşılaştırıldığında çok devasadır; 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 “kabarcıklar” giderek büyümeye devam etti ve sonunda birleşerek tüm evrenin şeffaf hale gelmesine neden oldu.

Lilly’nin ekibi kasıtlı olarak Yeniden İyonlaşma Çağı’nın bitiminden hemen önceki, evrenin ne tam olarak berrak ne de tam opak olduğu bir zamanı hedef aldı; çeşitli hallerde gazdan oluşan bir yama işi içeriyordu. Bilim adamları Webb’i son derece parlak, aktif bir süper kütleli kuasar yönünde hedef aldılar Kara delik Muazzam bir el feneri gibi davranan bu ışık, kuasar ile teleskoplarımız arasındaki gazı aydınlatıyor. (Bu görünümün merkezinde bulun: Minik ve pembe olup, altı belirgin kırınım sivri ucuna sahiptir.)

Webb’in NIRCam’i (Yakın Kızılötesi Kamera) tarafından çekilen, J0100+2802 kuasarını merkez alan bu görüntü, referans amacıyla pusula oklarını, ölçek çubuğunu ve renk anahtarını göstermektedir.
Kuzey ve doğu pusula okları görüntünün gökyüzündeki yönünü gösterir. Gökyüzünde kuzey ve doğu arasındaki ilişkinin (aşağıdan görüldüğü gibi) yer haritasındaki yön oklarına (yukarıdan görüldüğü gibi) göre ters çevrildiğine dikkat edin. Ölçek çubuğu 1 yay dakikası olarak etiketlenmiştir.
Bu görüntü, görünür ışık renklerine dönüştürülmüş ışığın görünmez yakın kızılötesi dalga boylarını göstermektedir. Renk tuşu, ışığı toplarken hangi NIRCam filtrelerinin kullanıldığını gösterir. Her filtre adının rengi, o filtreden geçen kızılötesi ışığı temsil etmek için kullanılan görünür ışık rengidir. Bu görüntüde mavi, yeşil ve kırmızı, sırasıyla 1,15, 2 ve 3,65 mikronda (F115W, F200W ve F365W) NIRCam verilerine atanmıştır.
Katkı Sağlayanlar: NASA, ESA, CSA, Simon Lilly (ETH Zürih), Daichi Kashino (Nagoya Üniversitesi), Jorryt Matthee (ETH Zürih), Christina Eilers (MIT), Rob Simcoe (MIT), Rongmon Bordoloi (NCSU), Ruari Mackenzie ( ETH Zürih), Alyssa Pagan (STScI), Ruari Mackenzie (ETH Zürih)

Kuasarın ışığı farklı gaz parçaları boyunca bize doğru ilerlerken, ya opak olan gaz tarafından emiliyor ya da şeffaf gazın içinde serbestçe hareket ediyordu. Ekibin çığır açan sonuçları ancak Webb’in verilerinin Hawaii’deki WM Keck Gözlemevi ve Avrupa Güney Gözlemevi’nin merkezi kuasar gözlemleriyle eşleştirilmesiyle mümkün oldu. Çok Büyük Teleskop ve her ikisi de Şili’de bulunan Las Campanas Gözlemevi’ndeki Magellan Teleskobu.

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

Araştırmacılar daha sonra bu görüş hattı yakınındaki galaksileri tanımlamak için Webb’i kullandılar ve galaksilerin genellikle yaklaşık 2 milyon ışıkyılı yarıçaplı şeffaf bölgelerle çevrili olduğunu gösterdiler. Başka bir deyişle Webb, Yeniden İyonlaşma Çağı’nın sonunda galaksilerin etraflarındaki alanı temizleme sürecine tanık oldu. Bunu perspektife koymak gerekirse, bu galaksilerin temizlediği alan yaklaşık olarak bizim aramızdaki uzayla aynı mesafededir. Samanyolu galaksi ve en yakın komşumuz Andromeda.

Şimdiye kadar araştırmacılar, yeniden iyonlaşmaya neyin sebep olduğuna dair kesin bir kanıta sahip değildi; 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. “Webb, onların aktif olarak yıldız oluşturduklarını ve çok sayıda süpernova fırlattıklarını gösteriyor. Oldukça maceracı bir gençlikleri vardı!”

Bu arada Eilers, Webb’in verilerini kullanarak bu alanın merkezindeki kuasardaki kara deliğin, Güneş’in kütlesinin 10 milyar katı ağırlığıyla, erken evrende şu anda bilinen en büyük kara delik olduğunu doğruladı. “Evrenin tarihinin bu kadar erken bir döneminde kuasarların nasıl bu kadar büyüyebildiğini hâlâ açıklayamıyoruz” diye paylaştı. “Bu çözülmesi gereken başka bir bulmaca!” Webb’in muhteşem görüntüleri, kuasardan gelen ışığın kütleçekimsel olarak merceklendiğine dair hiçbir kanıt ortaya çıkarmadı, bu da kütle ölçümlerinin kesin olduğunu garanti ediyor.

Ekip yakında her biri merkezi bir kuasar tarafından sabitlenen beş ek alandaki galaksiler hakkında araştırmaya başlayacak. 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, Yeniden İyonlaşma Çağında (EIGER) Emisyon Hattı Galaksileri ve Galaksilerarası GazWebb’in NIRCam’inden (Yakın Kızılötesi Kamera) gelen geleneksel görüntüleri aynı cihazın geniş alanlı yarıksız spektroskopi modundan gelen verilerle birleştirmenin benzersiz gücünü gösterdi; bu, görüntülerdeki her nesnenin bir spektrumunu vererek Webb’i ekibin dediği şeye dönüştürdü. “muhteşem bir spektroskopik kırmızıya kayma makinesi.”

Ekibin ilk yayınları arasında “EIGER I. [O iii]-5,3 < z < 6,9'da yayan galaksiler ve galaksilerin yerel yeniden iyonlaşmasına dair doğrudan kanıtlar", Kashino liderliğindeki "EIGER II. Güçlü Hβ ile ilişkili genç yıldızların ve iyonize gazın ilk spektroskopik karakterizasyonu ve [OIII] Matthee liderliğindeki JWST ile z = 5 – 7 galaksilerinde çizgi emisyonu” ve “EIGER III. Eilers liderliğindeki ultra parlak, yüksek kırmızıya kaymalı kuasar J0100+2802'nin JWST/NIRCam gözlemleri, şu tarihte yayınlandı: Astrofizik Dergisi.

Referanslar:

“Eiger. I. Büyük Bir Örneklem [O iii]-5,3 < z < 6,9'da Yayılan Galaksiler ve Galaksiler Tarafından Yerel Yeniden İyonlaşmanın Doğrudan Kanıtı”, Daichi Kashino, Simon J. Lilly, Jorryt Matthee, Anna-Christina Eilers, Ruari Mackenzie, Rongmon Bordoloi ve Robert A. Simcoe, 12 Haziran 2023, Astrofizik Dergisi.
DOI: 10.3847/1538-4357/acc588

“Eiger. II. Güçlü Hβ ve ile İlişkili Genç Yıldızların ve İyonize Gazın İlk Spektroskopik Karakterizasyonu [O iii] Jorryt Matthee, Ruari Mackenzie, Robert A. Simcoe, Daichi Kashino, Simon J. Lilly, Rongmon Bordoloi ve Anna-Christina Eilers, 12 Haziran 2023, Astrofizik Dergisi.
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, Astrofizik Dergisi.
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 liderliğindeki uluslararası bir programdır. NASA ortakları ESA ile (Avrupa Uzay Ajansı) ve Kanada Uzay Ajansı.