Gökbilimciler JWST’nin Samanyolu çekirdeğini yüzlerce saat incelemesini istiyor

Evreni anlamak için onu şekillendiren ve evrimini yönlendiren aşırı süreçleri anlamamız gerekir. Süper kütleli kara delikler (SMBH’ler), süpernovalar, devasa yoğun gaz rezervleri ve hem ana dizide hem de dışında yıldız kalabalıkları gibi şeyler. Neyse ki bu nesnelerin birbirine çok yakın olduğu bir yer var: Samanyolu’nun galaktik merkezi (GC).

Gökbilimciler bunu biliyor ve GC’yi yoğun bir şekilde incelediler. Astronomi ve astrofizikte pek çok cevaplanmamış soru var ve cevaplardan bazıları yoğun bir şekilde paketlenmiş GC’de gizli. Ancak yoğun bir şekilde paketlenmiş doğası, onu pratik olarak üzerinde çalışılması gereken bir alan haline getirirken, aynı zamanda çalışmayı da zorlaştırıyor. Yalnızca en güçlü teleskoplar Samanyolu’nun merkez bölgesini ve kalabalık bileşenlerini anlamlandırabilecek açısal çözünürlüğe sahiptir.

Neyse ki James Webb Uzay Teleskobu bölgeyi anlamlandıracak açısal çözünürlüğe sahip. Yeni bir beyaz makale, Samanyolu’nun iç 100 parseklik kısmının çok dönemli, geniş alanlı, çok dalga boylu bir araştırmasının durumunu ortaya koyuyor.

Kağıtadresinde yayınlandı arXiv ön baskı sunucusunun başlığı “JWST Galaktik Merkez Araştırması: Bir Teknik Rapor”dur. Dünya çapında 80’den fazla kurumdan 100’den fazla katılımcı yazar olarak listelenmiş olup, İspanya’nın Granada kentindeki Instituto de Astrofisica de Andalucia’dan (CSIC) Rainer Schodel ilk yazar olarak listelenmiştir.

Yazarlar, “JWST bize oyunun kurallarını değiştiren gerekli verileri sağlama konusunda benzersiz bir yeteneğe sahip” diye yazıyor. “Bir topluluk olarak, galaktik merkezin olağanüstü astrofizik laboratuvarı olma potansiyelini sınırlayan ve galaktik çekirdeklerin galaksi popülasyonunu nasıl şekillendirdiğini anlayan önemli bilinmeyenleri belirledik.”

Bu çalkantılı bölgede bilinmeyenler neler? Çavuş. Her şeyin merkezinde yer alan SMBH A*, maddeyi amansız bir şekilde kendine doğru çekiyor, çok yaklaşan yıldızları parçalıyor ve dönen devasa bir gaz ve toz kütlesi yaratıyor. Her şeyin içinde geniş gaz bulutları var ve bu bulutların içinden, çoğu ultra güçlü süpernovalar halinde çok sayıda yıldız doğuyor ve sonra sönüyor. Samanyolu’nun nükleer yıldız kümesi de oradadır ve Sgr’den kat kat daha büyüktür. A*, galaksilerdeki bir anormallik. Ve bir de eski, nispeten metal bakımından zengin yıldızların toplandığı nükleer çıkıntı var.

Bu araştırma, eğer gerçekleşirse, astrofizikçilerin doğanın en kafa karıştırıcı, inatçı sorularından bazılarını çözmelerine yardımcı olacak. Çok uluslu gökbilimcilerden oluşan ekip, teknik incelemelerinde JWST’nin GC’ye odaklanan bir gözlem kampanyasında ele alınmasına yardımcı olabileceği beş temel soruyu ortaya koyuyor:

1. Galaktik merkezin oluşum tarihi ve Samanyolu’nun genel oluşum tarihiyle ilişkisi nedir?
2. Geçtiğimiz ~30 Myr’da ne kadar yıldız kütlesi oluştu ve bu, GC’nin genel enerjisi için ne anlama geliyor?
3. Yıldızların başlangıç ​​kütle fonksiyonunun kökeni ve çevresel değişimi nedir?
4. Yıldız oluşum oranı neden standart yıldız oluşumu-yoğun gaz ilişkileri tarafından tahmin edilenden bir ila iki kat daha düşük?
5. Galaktik merkezde yörüngede dönen ve birikim ve yıldız oluşumunu besleyen yıldızlararası ortamın (ISM) 3 boyutlu yapısı nedir?

Bu, astronomi ve astrofiziğin mevcut durumunu tanımlamaya yardımcı olan iddialı bir soru listesidir. Belki de bahsi geçmeyen tek şey karanlık madde ve karanlık enerjidir ve bu iki olgu JWST’nin ana odağının dışındadır.

Başarı, bölgeye ilişkin daha önce yapılan çalışmalara göre daha fazla detayın çözülebilmesine bağlıdır. Yazarlar, “Tek tek yıldızları ayıran boyut ölçeklerine kadar fiziksel süreçleri çözebilen anket, diğer alanlardaki önemli açık soruların yanıtlanması için bir temel sağlayacak” diye yazıyor. GC ekstrem bir ortamdır ve bilimde sıklıkla karşılaşılan bir durumdur; ekstremleri anlamak doğanın sınırlarını anlamamıza yardımcı olur.

“Galaksi dışı çekirdeklerde ve yüksek z ortamlarında kütle akışlarını ve enerji döngülerini yönlendiren şey nedir?” yazarlar soruyor. “Yıldız oluşumunu, nükleer yıldız kümelerinin, nükleer yıldız disklerinin evrimini ve bunların merkezi kara deliklerle etkileşimini neler şekillendiriyor?” Bunların hepsi zorlayıcı sorular.

Önerilen anket bunları ele almak için tasarlanmıştır. Çok dönemli bir araştırma olarak, GC’yi 1, 5 ve 10 yıl arayla üç ayrı dönemde inceleyecektir. Yaklaşık 60 milyon güneş kütlesinde yıldız oluşturucu gaz içeren merkezi moleküler bölgede (CMZ), nükleer yıldız diskini ve ilgili dev moleküler bulutları (GMC’ler) gözlemleyecektir. Bölgenin içini doğru bir şekilde görebilmek için araştırmada JWST’nin NIRCam’i ve onun filtre sistemi kullanılacak.

Tek bir teleskop her şeyi ortaya çıkaramaz ve JWST bu araştırmada yalnız olmayacaktır. Başarı, diğer teleskoplarla olan sinerjiye bağlı olacaktır. ALMA ve Hubble Uzay Teleskobu, Roma Uzay Teleskobu, ESO’nun Aşırı Büyük Teleskobu ve Japonya’nın JASMINE kızılötesi astrometri misyonu gibi gelecekteki teleskoplar gibi bu gözlem koalisyonunun bir parçası olacak.

Schodel ve meslektaşları şöyle yazıyor: “Bu anketler, mevcut/gelecekteki verilerin yorumlanmasında bir devrimin habercisi oluyor, farklı alt alanlardaki araştırmaları bir araya getiriyor ve muazzam bir miras potansiyeline sahip temel açık bilim sorularına yanıt veriyor.”

Araştırmanın ele almayı umduğu sorulardan biri astrofizikte özellikle temeldir: İlk Kütle Fonksiyonu (IMF). IMF, dev bir gaz bulutunda yıldız oluşumu sırasında kütlenin nasıl dağıldığını açıklar. IMF, yıldız oluşumundaki daha küçük alt fonksiyonların bir araya gelmesi gibidir ve aynı zamanda bireysel yıldız oluşumunu galaksi oluşumu ve evrimi ile ilgili daha büyük meselelere bağlar. Makalede “Dolayısıyla IMF’nin özelliklerini ve farklı ortamlarda nasıl davrandığını anlamak, yıldız oluşumu teorisi ve ötesi için geniş kapsamlı çıkarımlara sahip” ifadesine yer veriliyor.

Samanyolu’nun galaktik merkezi gözlemleyebildiğimiz tek GC’dir ve zor bir hedef olmuştur. Ancak JWST, bu çalkantılı astrofizik girdabını her zamankinden daha derinlemesine araştırma gücüne sahip. SMBH, NSC ve gaz bulutlarının yanı sıra başka gizemler de var. GC, şu ana kadar açıklanamayan yüzlerce gizemli mıknatıslanmış radyo filamanı içeriyor. Ayrıca yıldız geri bildirimi ve Yıldızlararası Ortam (ISM) ile nasıl etkileşime girdiği ve kara delik geri bildiriminin tüm bunlara nasıl etki ettiği ile ilgili sorular var.

Bu anket gerçekleşirse, bilgimizin ufkunu değiştirecek yanıtlar sağlayacak ve aynı zamanda yeni soruları öne çıkaracak. Bu araştırma, diğer GC araştırmalarını ve gözlemlerini çok geride bırakacak. Yazarlar GC’deki 10 milyondan fazla yıldızın doğru hareketini ayırt edebildiklerini iddia ediyorlar. Yazarlar, “Bu tür devrim niteliğindeki veriler, GC’nin neredeyse güneş kütleli ana dizi yıldızlarına kadar kinematik olarak keşfedilmesine olanak tanıyacak” diye yazıyor ve bu çok büyük bir katkı olacak.

Her zaman olduğu gibi sürprizler olacak ve bu sürprizlerin GC’nin çalışmalarının ötesindeki bilimsel konulara da yayılması neredeyse kesin. Yazarlar, “Bu Beyaz Kitapta önerilen projenin tüm GC topluluğu ve ötesi için çıkarımları var” diye yazıyor.