James Webb Uzay Teleskobu’nun erken dönem galaksilere ait görüntüleri beklenmedik bir parlaklık göstererek kozmolojik anlayışımız hakkında soru işaretleri yarattı. Northwestern Üniversitesi’nin simülasyonları, bu galaksilerin parlaklığının, mevcut kozmolojik modellerle uyumlu olarak, büyük boyutlardan değil, ara sıra yıldız oluşumundan kaynaklandığını ileri sürüyor.
İmkansız parlaklık bulmacasını kütle değil, yoğun ışık parlamaları çözer.
Bilim insanları bunu görüntülediğinde James Webb Uzay Teleskobu‘nin (JWST) evrenin en eski galaksilerine ait ilk görüntüleri şok oldu. Genç galaksiler, Büyük Patlama’dan bu kadar kısa bir süre sonra oluşamayacak kadar parlak, fazla büyük ve fazla olgun görünüyordu. Bir bebeğin birkaç yıl içinde yetişkinliğe dönüşmesi gibi bir şey bu.
Hatta şaşırtıcı keşif bazı fizikçilerin standart kozmoloji modelini sorgulamasına neden oldualtüst edilmesi gerekip gerekmediğini merak ediyor.
Galaktik Parlaklık ve Kütle
Yeni simülasyonlar kullanarak, kuzeybatı Üniversitesiliderliğindeki astrofizikçiler ekibi, bu galaksilerin muhtemelen o kadar da büyük olmadığını keşfetti. Her ne kadar bir galaksinin parlaklığı genellikle kütlesi tarafından belirlense de, yeni bulgular daha az kütleli galaksilerin de düzensiz, parlak yıldız oluşumu patlamalarından aynı derecede parlak bir şekilde parlayabildiğini gösteriyor.
Bu bulgu sadece genç galaksilerin neden aldatıcı derecede büyük göründüğünü açıklamakla kalmıyor, aynı zamanda kozmolojinin standart modeline de uyuyor.
Araştırma 3 Ekim’de yayınlandı. Astrofizik Günlük Mektupları.
Erken yıldız patlaması yapan galaksilerin sanatçı anlayışı. Görüntü, bu araştırma için kullanılan ve son JWST sonuçlarını açıklayabilen YANGIN simülasyon verilerinden oluşturulmuştur. Yıldızlar ve galaksiler parlak beyaz ışık noktalarında gösterilirken, daha dağınık olan karanlık madde ve gaz ise mor ve kırmızı renkte gösteriliyor. Katkıda bulunanlar: Aaron M. Geller, Northwestern, CIERA + IT-RCDS
Northwestern’den çalışmanın kıdemli yazarı Claude-André Faucher-Giguère, “Bu galaksilerin keşfi büyük bir sürprizdi çünkü beklenenden çok daha parlaklardı” dedi. “Genellikle bir galaksi büyük olduğu için parlaktır. Ancak bu galaksiler kozmik şafakta oluştuğu için, evrenin başlangıcından bu yana yeterli zaman geçmedi. Büyük patlama. Bu devasa galaksiler nasıl bu kadar çabuk bir araya gelebiliyor? Simülasyonlarımız, galaksilerin kozmik şafak vakti bu parlaklığı oluşturmada hiçbir sorun yaşamadığını gösteriyor.”
Çalışmayı yöneten Guochao Sun, “Önemli olan, bir sistemde yeterli miktarda ışığı kısa sürede yeniden üretmektir” diye ekledi. “Bunun nedeni sistemin çok büyük olması ya da hızlı bir şekilde çok fazla ışık üretme kabiliyetine sahip olması olabilir. İkinci durumda, sistemin bu kadar büyük olmasına gerek yoktur. Yıldız oluşumu patlamalar halinde meydana gelirse, ışık parlamaları yayar. Bu yüzden çok sayıda parlak galaksi görüyoruz.”
Faucher-Giguère, Northwestern Üniversitesi’nde fizik ve astronomi alanında doçenttir. Weinberg Sanat ve Bilim Koleji ve bir üyesi Astrofizikte Disiplinlerarası Araştırma ve Araştırma Merkezi (CIERA). Sun, Northwestern’de CIERA Doktora Sonrası Araştırmacısıdır.
Kozmik Şafağı Anlamak
Büyük Patlama’dan sonra yaklaşık 100 milyon yıldan 1 milyar yıla kadar süren bir dönem, kozmik şafak, evrenin ilk yıldızlarının ve galaksilerinin oluşumuyla işaretlenir. JWST uzaya fırlatılmadan önce gökbilimciler bu antik dönem hakkında çok az şey biliyorlardı.
Sun, “JWST bize kozmik şafak hakkında birçok bilgi getirdi” dedi. “JWST’den önce evrenin erken dönemleri hakkındaki bilgilerimizin çoğu, çok az kaynaktan gelen verilere dayanan spekülasyonlardı. Gözlem gücündeki büyük artışla birlikte, galaksiler hakkındaki fiziksel ayrıntıları görebilir ve bu sağlam gözlemsel kanıtları, neler olduğunu anlamak için fizik üzerinde çalışmak amacıyla kullanabiliriz.”
Gelişmiş Simülasyonlar ve Bulgular
Yeni çalışmada Sun, Faucher-Giguère ve ekibi, Büyük Patlama’dan hemen sonra galaksilerin nasıl oluştuğunu modellemek için gelişmiş bilgisayar simülasyonları kullandı. Simülasyonlar, JWST tarafından gözlemlenenler kadar parlak olan kozmik şafak gökadalarını üretti. Simülasyonlar işin bir parçası Göreli Ortamların Geri Bildirimi Faucher-Giguère’in Kaliforniya Teknoloji Enstitüsü’ndeki işbirlikçileriyle birlikte kurduğu (FIRE) projesi, Princeton Üniversitesive San Diego’daki Kaliforniya Üniversitesi. Yeni çalışma, Flatiron Enstitüsü’nün Hesaplamalı Astrofizik Merkezi, Massachusetts Teknoloji Enstitüsü ve California Üniversitesi, Davis’ten işbirlikçileri içeriyor.
ATEŞ simülasyonları, galaksi oluşumunu modellemek için astrofizik teorisini ve gelişmiş algoritmaları birleştirir. Modeller araştırmacıların galaksilerin nasıl oluştuğunu, büyüdüğünü ve şekil değiştirdiğini araştırmasına olanak tanırken yıldızlardan dönen enerji, kütle, momentum ve kimyasal elementleri de hesaba katıyor.
Sun, Faucher-Giguère ve ekibi, kozmik şafakta oluşan erken galaksileri modellemek için simülasyonları çalıştırdıklarında, yıldızların patlamalar halinde oluştuğunu keşfettiler; bu kavram “patlamalı yıldız oluşumu” olarak biliniyordu. Gibi büyük galaksilerde SamanyoluYıldızlar sabit bir hızda oluşur ve yıldızların sayısı zaman içinde giderek artar. Ancak patlamalı yıldız oluşumu, yıldızların dönüşümlü bir düzende oluşmasıyla meydana gelir; aynı anda birçok yıldız, ardından milyonlarca yıl boyunca çok az sayıda yeni yıldız ve ardından tekrar birçok yıldız.
Faucher-Giguère, “Patlamalı yıldız oluşumu özellikle düşük kütleli gökadalarda yaygındır” dedi. “Bunun neden gerçekleştiğinin ayrıntıları hala devam eden araştırmaların konusudur. Ancak biz, bir yıldız patlamasının meydana geldiğini ve birkaç milyon yıl sonra bu yıldızların süpernova olarak patladığını düşünüyoruz. Gaz dışarı atılır ve daha sonra yeni yıldızlar oluşturmak için geri döner ve yıldız oluşum döngüsünü başlatır. Ancak galaksiler yeterince büyük hale geldiklerinde, çok daha güçlü bir çekime sahip olurlar. Süpernovalar patladığında sistemden gaz çıkaracak kadar güçlü değillerdir. Yer çekimi galaksiyi bir arada tutuyor ve onu sabit bir duruma getiriyor.”
Parlak Galaksiler ve Evrenin Modeli
Simülasyonlar ayrıca JWST’nin ortaya çıkardığıyla aynı miktarda parlak gökada üretmeyi başardı. Başka bir deyişle, simülasyonlarla tahmin edilen parlak galaksilerin sayısı, gözlemlenen parlak galaksilerin sayısıyla eşleşiyor.
Diğer astrofizikçiler, kozmik şafakta galaksilerin olağandışı parlaklığından patlayan yıldız oluşumunun sorumlu olabileceğini öne sürmüş olsalar da, Kuzeybatılı araştırmacılar bunun mümkün olduğunu kanıtlamak için ayrıntılı bilgisayar simülasyonlarını kullanan ilk kişilerdir. Ve bunu, standart evren modelimizle uyumlu olmayan yeni faktörler eklemeden yapabildiler.
Faucher-Giguère, “Bir galaksideki ışığın çoğu en büyük yıldızlardan gelir” dedi. “Daha büyük kütleli yıldızlar daha yüksek hızda yandıkları için ömürleri daha kısadır. Yakıtlarını nükleer reaksiyonlarda hızla tüketirler. Dolayısıyla bir galaksinin parlaklığı, galaksinin bir bütün olarak kütlesinden çok, son birkaç milyon yılda kaç tane yıldız oluşturduğuyla daha doğrudan ilişkilidir.”
Referans: Guochao Sun, Claude-André Faucher-Giguère, Christopher C. Hayward, Xuejian Shen, Andrew Wetzel ve Rachel K. Cochrane, 3 Ekim 2023, “Patlayan Yıldız Oluşumu Kozmik Şafakta Parlak Galaksilerin Bolluğunu Doğal Olarak Açıklıyor”, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/acf85a
Çalışma aşağıdakiler tarafından desteklenmiştir: NASA ve Ulusal Bilim Vakfı.