Gökbilimci, süper kütleli kara deliklerin kozmik öğle saatlerinde yıldız oluşumunu engellediğini söylüyor

Neredeyse iki yıl önce faaliyete geçmesinden bu yana James Webb Uzay Teleskobu (JWST), evrenin sayısız nefes kesici görüntüsünü üretti ve onun nasıl evrimleştiğine dair yeni bilgiler sağladı.

Özellikle, teleskopun aletleri kozmik şafak olarak bilinen kozmolojik dönemi (yaklaşık M.Ö.) incelemek için optimize edilmiştir. Evrendeki ilk yıldızların, kara deliklerin ve galaksilerin oluştuğu Büyük Patlama’dan 50 milyon ila bir milyar yıl sonra. Ancak gökbilimciler, Büyük Patlama’dan 2 ila 3 milyar yıl sonra süren kozmik öğle vaktini takip eden döneme de daha iyi bakıyorlar.

Bu süre zarfında ilk galaksiler önemli ölçüde büyüdü, evrendeki yıldızların çoğu oluştu ve süper kütleli kara delikler (SMBH’ler) inanılmaz derecede parlak kuasarlara dönüştü. Bilim insanları, SMBH’lerin genç galaksilerde yıldız oluşumunu nasıl etkilediğini görebilmek için bu döneme tarihlenen galaksilere daha iyi bakma konusunda istekliydi.

Uluslararası gökbilimcilerden oluşan bir ekip Webb tarafından elde edilen yakın kızılötesi verileri kullanarak detaylı gözlemler Büyük Patlama’dan 2 ila 4 milyar yıl sonra kozmik öğle vaktine denk gelen 100’den fazla galaksinin ortaya çıkışı. Çalışma ön baskı sunucusunda yayınlandı arXiv.

Araştırma, Swinburne Teknoloji Üniversitesi Astrofizik ve Süper Hesaplama Merkezi (CAS) ve ARC 3 Boyutta Tüm Gökyüzü Astrofiziği Mükemmeliyet Merkezi’nde (ASTRO 3D) Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi olan Rebecca L. Davies tarafından yönetildi.

Kendisine Pennsylvania Eyalet Üniversitesi’ndeki Harvard & Smithsonian Astrofizik Merkezi (CfA), Leibniz Astrofizik Enstitüsü (AIP), Yerçekimi ve Kozmos Enstitüsü (LGC) ve Hesaplamalı ve Veri Bilimleri Enstitüsü’nden (ICDS) araştırmacılar katıldı. , Cambridge Üniversitesi’ndeki Kavli Kozmoloji Enstitüsü ve Cavendish Laboratuvarı, Columbia Üniversitesi Astrofizik Laboratuvarı ve çok daha fazlası.

Makalelerinin ön basımı, dergide yayınlanmak üzere inceleniyor. Kraliyet Astronomi Topluluğunun Aylık Bildirimleri. Makalelerinde belirttikleri gibi, büyük gökadalarda yıldız oluşumunu durdurmaktan sorumlu mekanizmayı/mekanizmaları anlamak, gökadaların nasıl evrimleştiğini anlamanın anahtarıdır. Galaksiler yıldız oluşturmayı bıraktıklarında aslında büyümeyi ve değişmeyi bırakırlar ve statik ve “yaşlı” hale gelirler.

Dr. Davies’in Universe Today’e e-posta yoluyla söylediği gibi sönme, gökadaların yaşam döngüsünde gökbilimcilerin hala ayrıntılı olarak anlayamadığı temel bir süreçtir.

Geçtiğimiz on yılda, KOBİ’lerden gelen geri bildirimlerin en aktif olmasının beklendiği kozmik öğle vakti sırasındaki çıkışlara ilişkin anlayışımızı geliştiren birkaç büyük galaksi araştırması gerçekleştirildi. Sonuç olarak, her şeyin çekirdeğinde bir SMBH tarafından desteklenen Aktif Galaktik Çekirdeklere (AGN’ler) (diğer adıyla bir kuasar) bağlı olduğunu belirten genel bir fikir birliği ortaya çıktı.

Bu fikir birliğine göre, bir AGN’nin güçlü radyasyonu, galaktik haledeki gaz rezervuarını ısıtırken soğuk gazı dışarı atacaktır. Bu, yıldız oluşumunu besleyen söz konusu gazın soğumasını ve rezervuarı yenilemek için yeniden birikmesini önler.

Dr. Davies’in açıkladığı gibi, “Aktif galaktik çekirdeklerin (büyük miktarda gaz tüketen süper kütleli kara deliklerin) galaksilerden dışarı akışlara yol açabileceği iyice anlaşılmıştır. En güçlü AGN, büyük olasılıkla gazın tamamını ev sahibinden uzaklaştırabilecek çok büyük bir çıkışa neden olur. galaksilerin göreceli olarak “kısa” bir sürede (astronomik terimlerle!) -oluşum.”

Devasa galaksilerin süper kütleli kara delik aktivitesi tarafından söndürüldüğünü öne süren birçok dolaylı kanıt var, ancak buna ilişkin doğrudan kanıt şu ana kadar eksik.

Davies, “Çıkışlar ‘çok fazlı’ olduğundan resim karmaşıktır; geniş bir sıcaklık ve yoğunluk aralığına yayılan, X ışınından radyo dalga boylarına kadar elektromanyetik spektrum boyunca ışık yayan gaz içerirler” diye ekledi. “Gözlemlerimizin çoğu iyonize gazı hedefliyor çünkü görülmesi en kolay olanı bu. Ancak bunun, dışarı akışların yalnızca %1’ini oluşturduğunu düşünüyoruz, dolayısıyla konu dışarı akan kütleye geldiğinde buzdağının yalnızca görünen kısmını kazımış oluyoruz.”

Ekip, çalışmaları için, kütlesel Blue Jay araştırmasından seçilen 113 gökadanın Webb’in Yakın Kızılötesi Yarıksız Spektrografı (NIRSpec) tarafından elde edilen verilere güvendi. Bu araştırma, kozmik rakundaki nötr gaz çıkışlarının yaygınlığını ve tipik özelliklerini araştıran JWST Döngü 1 Genel Gözlemlerinin (GO 1810) bir parçasıydı.

NIRSpec cihazının hassasiyeti ve yüksek çözünürlüğü, Daniels ve meslektaşlarının bu seçilmiş galaksilerdeki soğuk nötr gaz çıkışlarını daha önce mümkün olmayan şekillerde incelemesine olanak tanıdı.

Kendisinin açıkladığı gibi, “Gözlemlediğimiz devasa galaksilerin yaklaşık 1/4’ünde AGN aktivitesi tarafından yönlendirilen soğuk nötr gaz çıkışları tespit ettik. Bu nötr çıkışlar, en azından önceden ölçülen iyonize çıkışlar kadar büyük ve bazı durumlarda nötr çıkışlar 10 ila 100 kat daha ağır. Daha da önemlisi, çıkışlar galaksilerde çok çeşitli evrim aşamalarında görülüyor: bazı galaksiler aktif olarak yıldız oluşturuyor ve diğerleri neredeyse sönüyor. Sönen galaksilerde, çıkışlar gazı olduğundan 300 kat daha hızlı uzaklaştırıyor yıldızlara dönüşüyor.”

Bu gözlemler, AGN’lerin galaksilerdeki yıldız oluşumunu belirli bir yaşa ulaştıklarında “kapatmaktan” sorumlu olduğu teorisini destekliyor. Bu da galaktik gelişimin önemli bir aşamasında AGN’lerin etkilerini ölçerek galaksi evrimi anlayışımızı geliştirebilir.

Kozmik şafağın devam eden gözlemleri, galaksilerin beşikten çıktıkları sıradaki (kozmik karanlık çağlar) kısa bir bakış sağlarken, bu araştırma, onların olgunluğa doğru ilerledikçe neye benzediklerine dair ayrıntılı bilgiler sunuyor. Davies, birleştirilmiş sonucun daha eksiksiz bir anlayış olduğunu söyledi:

“Sonuçlarımız, AGN güdümlü çıkışların galaksilerdeki soğuk gazı hızlı bir şekilde uzaklaştırabildiğini ve onları yıldız oluşumu için gerekli yakıttan mahrum bıraktığını gösteriyor. Bu güçlü çıkışlar nadir değildir ancak büyük uzak galaksiler arasında nispeten sık görülüyor. Bu nedenle, soğuk gazın uzaklaştırılması, AGN kaynaklı gaz çıkışları, büyük ve uzak galaksilerde yıldız oluşumunun hızla durmasının yaygın bir nedeni olabilir.”