NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanan astrofizikçiler, Büyük Patlama’dan sonraki ilk 2-3 milyar yıl içinde ortaya çıkan genç galaksilerin yüksek sıcaklıklar ve nikel gibi beklenmedik elementler sergilediğini keşfettiler. CECILIA Araştırmasının bir parçası olan bu araştırma, galaktik gelişimin erken aşamalarına yeni bakış açıları sağlıyor.
JWST beklenmedik bir şekilde, genellikle gözlemlenmesi zor olan nikel ve oksijeni ortaya çıkarır.
Genç galaksiler de tıpkı insan gençleri gibi tuhaftır, büyüme atakları yaşar ve ağır metallerden, yani nikelden hoşlanırlar.
A kuzeybatı Üniversitesiliderliğindeki astrofizikçilerden oluşan ekip, araştırmadan elde edilen ilk sonuçları analiz etti. CECILIA (Yıldızlararası Aurorae’de İyonize Çizgiler Kullanılarak Kısıtlanan Kimyasal Evrim) AraştırmasıUzak galaksilerin kimyasını incelemek için NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullanan bir program.
“Genç Galaksilerde” Beklenmeyen Unsurlar
İlk sonuçlara göre, Büyük Patlama’dan iki ila üç milyar yıl sonra oluşan sözde “genç galaksiler” alışılmadık derecede sıcaktır ve nikel gibi gözlemlenmesi oldukça zor olan beklenmedik elementler içerir.
Araştırma 20 Kasım’da yayınlandı. Astrofizik Günlük Mektupları. Bu, CECILIA Araştırması’ndan gelecek bir dizi çalışmanın ilkini işaret ediyor.
Galaktik Evrim Hakkında Bilgiler
Araştırmayı yöneten Northwestern’den Allison Strom, “Galaksilerin 14 milyar yıllık kozmik tarih boyunca nasıl büyüdüğünü ve değiştiğini anlamaya çalışıyoruz” dedi. “JWST’yi kullanan programımız, karmaşık bir büyüme atılımı ve değişim döneminden geçen genç galaksileri hedef alıyor. Gençler genellikle yetişkinliğe doğru gidişatlarını belirleyen deneyimlere sahiptir. Galaksiler için de durum aynı.”
Üstteki Hubble Uzay Teleskobu görüntüsünde kırmızı dikdörtgenlerle tanımlanan 23 uzak galaksiden gelen ışık, altta JWST spektrumunda etiketlenen sekiz farklı elementten gelen inanılmaz derecede zayıf emisyonu yakalamak için birleştirildi. Her ne kadar bilim insanları bu elementleri düzenli olarak Dünya’da gökbilimciler nadiren bunların çoğunu uzak galaksilerde gözlemlerler. Katkıda bulunanlar: Aaron M. Geller, Northwestern, CIERA + IT-RCDS
CECILIA Araştırması’nın baş araştırmacılarından biri olan Strom, Northwestern Üniversitesi’nde fizik ve astronomi alanında yardımcı doçenttir. Weinberg Sanat ve Bilim Koleji ve Northwestern’in bir üyesi Astrofizikte Disiplinlerarası Araştırma ve Araştırma Merkezi (CIERA). Strom, CECILIA Araştırmasını Carnegie Gözlemevleri’nde çalışan bilim adamı Gwen Rudie ile birlikte yönetiyor.
Galaksi Oluşumuna ‘Kimyasal DNA’ İçgörüsü
Adını doktora derecesi alan ilk kadınlardan biri olan Cecilia Payne-Gaposchkin’den almıştır. astronomide, CECILIA Araştırması uzak galaksilerden gelen spektrumları (veya farklı dalga boylarındaki ışık miktarını) gözlemler. Strom bir galaksinin tayfını “kimyasal”a benzetiyor DNA.” Araştırmacılar, bir galaksinin “ergenlik” yıllarında bu DNA’yı inceleyerek onun nasıl büyüdüğünü ve nasıl daha olgun bir galaksiye dönüşeceğini daha iyi anlayabilirler.
Örneğin, astrofizikçiler neden bazı galaksilerin “kırmızı ve ölü” göründüğünü, diğerlerinin ise (bizimki gibi) hala anlamıyorlar. Samanyolu, hala yıldız oluşturuyorlar. Bir galaksinin spektrumu, galaksinin daha önce ne yaptığına ve gelecekte ne yapabileceğine dair bir pencere sağlayan oksijen ve kükürt gibi temel elementlerini ortaya çıkarabilir.
Strom, “Bu ergenlik yılları gerçekten önemli çünkü en fazla büyüme bu dönemde gerçekleşiyor” dedi. “Bunu inceleyerek Samanyolu’nun Samanyolu’na benzemesine neden olan fiziği ve komşu galaksilerden neden farklı görünebileceğini keşfetmeye başlayabiliriz.”
Yeni çalışmada, Strom ve çalışma arkadaşları JWST’yi kullanarak geçtiğimiz yaz 33 uzak genç galaksiyi aralıksız 30 saat boyunca gözlemlediler. Daha sonra kompozit bir resim oluşturmak için bu galaksilerin 23’ünün spektrumlarını birleştirdiler.
“Bu, bireysel galaksilerin ayrıntılarını silip süpürüyor ancak bize ortalama bir galaksi hakkında daha iyi bir fikir veriyor. Strom, aynı zamanda daha soluk özellikleri görmemizi de sağlıyor” dedi. “Evrenin tarihindeki bu zaman dilimine ait yer tabanlı gökada teleskoplarıyla toplayabildiğimiz herhangi bir spektrumdan çok daha derin ve ayrıntılı.”
Spectra Sürprizleri
Ultra derin spektrum sekiz farklı elementi ortaya çıkardı: Hidrojen, helyum, nitrojen, oksijen, silikon, kükürt, argon ve nikel. Hidrojen ve helyumdan daha ağır olan tüm elementler yıldızların içinde oluşur. Yani belirli elementlerin varlığı, bir galaksinin evrimi boyunca yıldız oluşumu hakkında bilgi sağlar.
Strom daha hafif elementler görmeyi beklerken, özellikle nikelin varlığı onu şaşırttı. Demirden daha ağır olan nikel nadirdir ve gözlemlenmesi inanılmaz derecede zordur.
Strom, “En çılgın rüyalarımda bile nikel göreceğimizi hayal etmezdim” dedi. “Yakın galaksilerde bile insanlar bunu gözlemlemiyor. Bir galakside yeterince elementin bulunması ve onu gözlemlemek için doğru koşulların olması gerekir. Hiç kimse nikelin gözlemlenmesinden bahsetmiyor. Elementleri görebilmemiz için gaz halinde parıldamaları gerekir. Yani nikeli görebilmemiz için galaksilerdeki yıldızlarda benzersiz bir şeyler olabilir.”
Başka bir sürpriz: Genç galaksiler son derece sıcaktı. Fizikçiler spektrumları inceleyerek bir galaksinin sıcaklığını hesaplayabilirler. Galaksilerin bulunduğu en sıcak cepler 9.700 derecenin üzerine çıkabilirken santigrat (17.492 derece Fahrenhayt), genç galaksiler 13.350 santigrat derecenin (24.062 Fahrenheit derece) üzerinde bir sıcaklıkta çalışıyor.
Strom, “Bu, galaksilerin gençken ne kadar farklı olabileceğini gösteren ek bir kanıt” dedi. “Sonuçta, daha yüksek bir karakteristik sıcaklık görmemiz gerçeği, onların farklı kimyasal DNA’larının sadece bir başka tezahürüdür çünkü galaksilerdeki gazın sıcaklığı ve kimyası doğası gereği bağlantılıdır.”
Referans: Allison L. Strom, Gwen C. Rudie, Ryan F. Trainor, Gabriel B. Brammer, Michael V. Maseda, Menelaos Raptis, “CECILIA: Z ∼ 2–3 Yıldız Oluşturan Galaksilerin Zayıf Emisyon Hattı Spektrumu”, Noah SJ Rogers, Charles C. Steidel, Yuguang Chen, 昱光 陈 ve David R. Law, 20 Kasım 2023, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad07dc
Çalışma aşağıdakiler tarafından desteklenmiştir: NASA, Pittsburgh Vakfı ve Bilimsel Gelişme Araştırma Kurumu. Veriler, Uzay Teleskobu Bilim Enstitüsü’ndeki Mikulski Uzay Teleskopları Arşivi’nden ve WM Keck Gözlemevi’nden elde edildi.