Webb Uzay Teleskobu Astronomi Teorilerine meydan okuyan Galaksiler Buldu

Pandora kümesindeki takip gözlemleri, şimdiye kadar görülen ikinci ve dördüncü en uzak gökadaların bu kadar uç mesafelerdeki diğer gökadalardan daha büyük olduğunu doğruladı.

Şimdiye kadar gözlemlenen ikinci ve dördüncü en uzak gökadalar, uzayın Pandora Kümesi veya Abell 2744 olarak bilinen bir bölgesinde, elde edilen veriler kullanılarak keşfedildi. NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu (JWST). Penn State araştırmacıları liderliğindeki uluslararası bir ekip, bölgenin derin alan görüntüsünü takip ederek (aşağıdaki resme bakın), bu antik galaksilerin mesafesini doğruladı ve yeni spektroskopik verileri (elektromanyetik spektrum boyunca yayılan ışık hakkında bilgi) kullanarak onların özelliklerini çıkardı. JWST. Yaklaşık 33 milyar ışıkyılı uzaklıktaki bu inanılmaz derecede uzak galaksiler, en eski galaksilerin nasıl oluşmuş olabileceğine dair bilgiler sunuyor.

Benzersiz Görünüm ve Önem

Araştırmacılara göre, bu mesafede teyit edilen ve görüntülerde kırmızı noktalar olarak görünen diğer galaksilerin aksine, yeni galaksiler daha büyük ve fıstık ve yumuşak bir top gibi görünüyor. Galaksileri anlatan bir makale bugün (13 Kasım) dergide yayınlandı Astrofizik Günlük Mektupları.

Gökbilimciler, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’ndan alınan Pandora Kümesi’nin bu derin alan görüntüsünde 50.000 yakın kızılötesi ışık kaynağının temsil edildiğini tahmin ediyor. Işıkları teleskobun dedektörlerine ulaşmak için değişen mesafelerden geçerek uzayın enginliğini tek bir görüntüde temsil ediyor. Katkıda bulunanlar: Bilim: NASA, ESA, CSA, Ivo Labbe (Swinburne), Rachel Bezanson (Pittsburgh Üniversitesi), Görüntü İşleme: Alyssa Pagan (STScI)

Penn’de doktora sonrası araştırmacı olan ilk yazar Bingjie Wang, “Evrenin erken dönemleri hakkında çok az şey biliniyor ve o zaman hakkında bilgi edinmenin ve erken galaksi oluşumu ve büyümesine ilişkin teorilerimizi test etmenin tek yolu bu çok uzak galaksileri kullanmaktır” dedi. Eyalet Eberly Bilim Koleji ve üyesi JWST UNCOVER (Yeniden İyonizasyon Çağından Önce Ultradeep NIRSpec ve NIRCam Gözlemleri) ekibi araştırmayı yürüten kişi. “Analizimizden önce, bu kadar uzak bir mesafede teyit edilen yalnızca üç galaksiyi biliyorduk. Bu yeni galaksileri ve özelliklerini incelemek, erken evrendeki galaksilerin çeşitliliğini ve onlardan öğrenilecek ne kadar çok şey olduğunu ortaya çıkardı.”

Erken Evrene İlişkin Bilgiler

Bu galaksilerden gelen ışık Dünya’ya ulaşmak için çok uzun bir yol kat etmek zorunda kaldığından, geçmişe açılan bir pencere sağlıyor. Araştırma ekibi, JWST tarafından tespit edilen ışığın, evren yaklaşık 330 milyon yaşındayken iki galaksi tarafından yayıldığını ve JWST’ye ulaşmak için yaklaşık 13,4 milyar ışıkyılı yol kat ettiğini tahmin ediyor. Ancak araştırmacılar, evrenin bu zaman içinde genişlemesi nedeniyle galaksilerin şu anda Dünya’dan 33 milyar ışık yılı uzakta olduğunu söyledi.

UNCOVER üyesi ve Penn State’de astronomi ve astrofizik alanında yardımcı doçent olan Joel Leja, “Bu galaksilerden gelen ışık çok eski, Dünya’dan yaklaşık üç kat daha yaşlı” dedi. “Bu erken galaksiler, erken evreni oluşturan çok ince hidrojen gazının içinden ışık saçan işaret lambaları gibidir. Kozmik şafağın yakınında galaksiyi yöneten egzotik fiziği ancak onların ışığı sayesinde anlamaya başlayabiliriz.”

Bilim insanları James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanarak Pandora Kümesi’nde iki uzak gökada buldular ve bu da erken evrene dair yeni bilgiler sağladı. Boyut ve görünüm bakımından benzersiz olan bu galaksiler, evrenin emekleme dönemindeki galaksi oluşumuna dair anlayışımıza meydan okuyor. Kredi bilgileri: NASA

Dikkat çekici bir şekilde, bu iki gökada daha önce bu aşırı uzaklıklarda bulunan üç gökadadan önemli ölçüde daha büyüktür. Bunlardan biri en az altı kat daha büyük olup yaklaşık 2000 ışıkyılı genişliğe sahiptir. Karşılaştırma için, Samanyolu Yaklaşık 100.000 ışıkyılı çapındadır, ancak Wang, erken evrenin çok sıkıştırılmış olduğunun düşünüldüğünü, dolayısıyla galaksinin bu kadar büyük olmasının şaşırtıcı olduğunu söyledi.

Wang, “Bu mesafelerde daha önce keşfedilen galaksiler nokta kaynaklardır; görüntülerimizde bir nokta olarak görünürler” dedi. “Fakat bizimkilerden biri uzamış, neredeyse fıstık gibi görünüyor, diğeri ise yumuşak bir top gibi görünüyor. Boyut farkının yıldızların nasıl oluştuğundan mı yoksa oluştuktan sonra onlara ne olduğundan mı kaynaklandığı belli değil ancak galaksi özelliklerindeki çeşitlilik gerçekten ilgi çekici. Bu ilk gökadaların benzer malzemelerden oluşmuş olması bekleniyor ancak şimdiden birbirlerinden çok farklı olduklarının işaretlerini gösteriyorlar.”

Araştırma Metodolojisi

JWST’nin bilim operasyonlarının ilk yılı olan 2022’de çekilen ilk derin alan görüntülerinden birinde tespit edilen Pandora Kümesi’ndeki 60.000 ışık kaynağı arasında iki gökada yer alıyordu. Uzayın bu bölgesi kısmen, yerçekimsel merceklenme adı verilen doğal bir büyütme etkisi yaratan birkaç gökada kümesinin arkasında yer aldığı için seçilmiştir. Kümelerin birleşik kütlesinin çekim kuvveti, etrafındaki alanı çarpıtarak, yakınlardan geçen her türlü ışığa odaklanıyor ve büyütüyor ve kümelerin arkasının büyütülmüş bir görüntüsünü sağlıyor.

Birkaç ay içinde UNCOVER ekibi, takip çalışması için 60.000 ışık kaynağını 700 adaya kadar daralttı; bunlardan sekizinin potansiyel olarak ilk galaksiler arasında olabileceğini düşündüler. Ardından JWST tekrar Pandora Kümesi’ni işaret ederek adayların spektrumlarını kaydetti; bu, her dalga boyunda yayılan ışık miktarını detaylandıran bir tür parmak iziydi.

Leja, “Birkaç farklı ekip bu antik galaksileri aramak için farklı yaklaşımlar kullanıyor ve her birinin kendine göre güçlü ve zayıf yönleri var” dedi. “Uzaydaki bu devasa büyütücü merceğe işaret ediyor olmamız bize inanılmaz derecede derin bir pencere sağlıyor, ancak bu çok küçük bir pencere olduğundan zar atıyorduk. Adaylardan birçoğu sonuçsuz kaldı ve en azından bir tanesi yanlış kimlik vakasıydı; uzak bir galaksiyi taklit eden çok daha yakın bir şeydi. Ama şanslıydık ve ikisinin bu eski galaksiler olduğu ortaya çıktı. İnanılmaz.”

Özellikler ve Etkiler

Araştırmacılar ayrıca JWST tarafından tespit edilen ışığı yaydıklarında bu erken gökadaların özelliklerini anlamak için ayrıntılı modeller kullandılar. Araştırmacıların beklediği gibi, iki gökada gençti, bileşimlerinde az sayıda metal vardı ve hızla büyüyor ve aktif olarak yıldız oluşturuyorlardı.

Leja, “İlk elementler erken yıldızların çekirdeklerinde füzyon süreciyle oluştu” dedi. “Bu ilk galaksilerin metaller gibi ağır elementlere sahip olmaması mantıklı çünkü onlar bu ağır elementleri üreten ilk fabrikalardan bazılarıydı. Ve tabii ki ilk galaksiler olmaları için genç olmaları ve yıldız oluşturan olmaları gerekir, ancak bu özelliklerin doğrulanması modellerimiz için önemli bir temel testtir ve tüm galaksi paradigmasının doğrulanmasına yardımcı olur. Büyük patlama teorisi.”

Araştırmacılar, JWST’nin güçlü kızılötesi cihazlarının, yerçekimsel merceğin yanı sıra, eğer varsa, daha da uzaktaki galaksileri tespit edebilmesi gerektiğini belirtti.

Leja, “Bu bölgeye çok küçük bir penceremiz vardı ve JWST’nin bu kapasiteye sahip olmasına rağmen bu iki galaksinin ötesinde hiçbir şey gözlemlemedik” dedi. “Bu, galaksilerin o zamandan önce oluşmadığı ve daha uzakta hiçbir şey bulamayacağımız anlamına gelebilir. Veya küçük penceremiz konusunda yeterince şanslı olmadığımız anlamına gelebilir.”

Bu çalışma, JWST’nin bilim operasyonlarının ilk yılında nasıl kullanılacağını öneren NASA’ya sunulan başarılı bir teklifin sonucuydu. Başvuruların ilk üç döngüsünde NASA, teleskopta mevcut gözlem süresinin izin verdiğinden dört ila on kat daha fazla teklif aldı ve bu tekliflerin yalnızca bir kısmını seçmek zorunda kaldı.

Leja, “Teklifimiz kabul edildiğinde ekibimiz çok heyecanlandı ve biraz da şaşırdı” dedi. “Koordinasyonu, hızlı insan eylemini ve teleskopun aynı şeye iki kez işaret etmesini içeriyordu; bu da bir teleskoptan ilk yılında beklenebilecek çok şeydi. Çok fazla baskı vardı çünkü takip edilecek nesneleri belirlemek için yalnızca birkaç ayımız vardı. Ancak JWST bu ilk galaksileri bulmak için inşa edildi ve bunu şimdi yapıyor olmak çok heyecan verici.”

Referans: Bingjie Wang, 冰洁 王, Seiji Fujimoto, Ivo Labbé, Lukas J. Furtak, Tim B. Miller, David J. Setton, Adi tarafından “UNCOVER: Illufacing the Early Universe—JWST/NIRSpec Confirmation of z > 12 Galaxies” Zitrin, Hakim Atek, Rachel Bezanson, Gabriel Brammer, Joel Leja, Pascal A. Oesch, Sedona H. Price, Iryna Chemerynska, Sam E. Cutler, Pratika Dayal, Pieter van Dokkum, Andy D. Goulding, Jenny E. Greene, Y Fudamoto, Gourav Khullar, Vasily Kokorev, Danilo Marchesini, Richard Pan, John R. Weaver, Katherine E. Whitaker ve Christina C. Williams, 13 Kasım 2023, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/acfe07

Ekipte Penn State’in yanı sıra Texas Austin Üniversitesi’nden, Avustralya’daki Swinburne Teknoloji Üniversitesi’nden, İsrail’deki Negev Ben-Gurion Üniversitesi’nden araştırmacılar da yer alıyor. Yale ÜniversitesiPittsburgh Üniversitesi, Fransa’daki Sorbonne Üniversitesi, Danimarka’daki Kopenhag Üniversitesi, İsviçre’deki Cenevre Üniversitesi, Massachusetts Üniversitesi, Hollanda’daki Groningen Üniversitesi, Princeton ÜniversitesiJaponya’daki Waseda Üniversitesi, Tufts Üniversitesi ve Ulusal Optik-Kızılötesi Astronomi Araştırma (NOIR) Laboratuvarı.

Bu çalışma NASA, Amerika Birleşik Devletleri-İsrail İkili Bilim Vakfı, ABD Ulusal Bilim Vakfı, İsrail Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, Fransız Ulusal Uzay Araştırmaları Merkezi, Fransız Ulusal Yer Bilimleri ve Astronomi Enstitüsü, Araştırma tarafından desteklenmiştir. Bilimsel Gelişme Kurumu, Hollanda Araştırma Konseyi, Avrupa Komisyonu ve Groningen Üniversitesi’nin CO-FUND Rosalind Franklin programı, Japonya Ulusal Astronomi Gözlemevi ve NOIR Laboratuvarı.