Son araştırmalar, Büyük Patlama’dan 2 ila 3 milyar yıl sonra oluşan galaksilerin şaşırtıcı özelliklerini ortaya çıkardı. JWST’yi kullanarak 33 antik galaksiyi incelediler ve alışılmadık derecede yüksek sıcaklıklar ile nikel gibi elementlerin varlığını keşfettiler. CECILIA araştırmasının bir parçası olan bulguları, erken galaksilerin evrimi ve kimyasal yapısına ilişkin yeni bilgiler sunarak, kozmik tarih boyunca galaktik gelişim anlayışımıza katkıda bulunuyor.
Antik evrendeki “genç galaksileri” incelemek, bilim insanlarına bu devasa yıldız sistemlerinin nasıl olgunlaştığını ve geliştiğini öğretebilir.
Galaksiler sadece 2 ila 3 milyar yıl sonra oluştu Büyük patlama Carnegie’den Gwen Rudie ve liderliğindeki yeni çalışmaya göre, alışılmadık derecede sıcak ve nikel gibi şaşırtıcı elementlerden gelen ışıkla parlıyorlar. kuzeybatı ÜniversitesiAllison Strom. Antik evrendeki “genç galaksileri” incelemek, bilim insanlarına bu devasa yıldız sistemlerinin nasıl olgunlaştığını ve geliştiğini öğretebilir.
Bulguları, şu adreste yayınlandı: Astrofizik Günlük Mektupları, eski bir Carnegie doktora sonrası araştırmacısı olan Rudie ve Strom tarafından geliştirilen CECILIA (Yıldızlararası Aurorae’de İyonize Çizgiler Kullanılarak Kısıtlanan Kimyasal Evrim) araştırmasının bir parçasıdır. Geçtiğimiz Temmuz ayında, NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST), ışıkları bize ulaşmak için 10 milyar yıldan fazla yolculuk yapan, özel olarak seçilmiş 33 antik galaksiye yönelttiler ve yeni teleskopla bir günden fazla baktılar ve bu erken dönemlerin en ayrıntılı görüntüsünü sağladılar. galaksiler henüz ele geçirilmedi.
“Kozmik genç” örneği olan “El Gordo” olarak bilinen bir galaksi kümesinin JWST teleskop görüntüsü. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, CSA, Jose M. Diego (IFCA), Brenda Frye (Arizona Üniversitesi), Patrick Kamieneski (ASU), Tim Carleton (ASU), Rogier Windhorst (ASU), Alyssa Pagan (STScI), Jake Summers (ASU), Jordan CJ D’Silva (UWA), Anton M. Koekemoer (STScI), Aaron Robotham (UWA), Rogier Windhorst (ASU)
Yıldız Oluşumu ve Galaktik Evrim
Evrenin gençliğinde, bu çalışma için seçilen 33 galaksi de dahil olmak üzere birçok galaksi, yoğun bir yıldız oluşumu dönemi yaşadı. Bugün bizimki gibi bazı galaksiler Samanyolu, o kadar hızlı olmasa da hala yeni yıldızlar oluşturuyor. Diğer galaksiler yıldız oluşturmayı tamamen durdurdu. Bu yeni çalışma, gökbilimcilerin bu farklı yörüngelerin ardındaki nedenleri anlamalarına yardımcı olabilir.
Araştırmanın başyazarı 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.”
NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu tarafından yapılan gözlemler bu araştırma için çok önemliydi. Kredi bilgileri: NASA
Spektral Analiz ve Element Keşifleri
CECILIA ekibi, tıpkı bir prizmanın güneş ışığını gökkuşağının renklerine yayması gibi, bu uzak gökadaların ışıklarını bileşen dalga boylarına ayırarak bu uzak gökadaların spektrumlarını inceledi. Işığa bu şekilde bakmak gökbilimcilerin kozmik kaynakların sıcaklığını ve kimyasal bileşimini ölçmelerine yardımcı olur.
Rudie, “Uzak bir galaksinin şimdiye kadar görülen en derin spektrumunu oluşturmak için 33 galaksinin tümünün spektrumlarının ortalamasını aldık; bunun kopyalanması 600 saatlik teleskop süresi gerektirecektir” diye açıkladı. “Bu, çok uzak nesnelerin gelecekteki JWST gözlemlerini bilgilendirecek bir tür atlas oluşturmamızı sağladı.”
Araştırmacılar spektrumları kullanarak sekiz farklı elementi tanımlamayı başardılar: Hidrojen, helyum, nitrojen, oksijen, silikon, kükürt, argon ve nikel.
Rudie, “Bu galaksilerde bulunan bu elementler bir sürpriz değil, ancak onların ışıklarını ölçme yeteneğimiz eşi benzeri görülmemiş bir şey ve JWST’nin gücünü gösteriyor” dedi.
Hidrojen ve helyumdan daha ağır olan tüm elementler yıldızların içinde oluşur. Yıldızlar süpernova gibi şiddetli olaylarla patladığında, bu unsurları kozmik çevreye yayarlar ve burada bir sonraki yıldız nesline dahil olurlar. Böylece gökbilimciler, bu ilk gökadalarda belirli elementlerin varlığını açığa çıkararak, yıldız oluşumunun onların evrimi boyunca nasıl değiştiğini öğrenebilirler.
CECILIA ekibi, gözlemlenmesi özellikle zor olan nikelin varlığı karşısında şaşırdı.
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.”
Franklin & Marshall College’dan ortak yazar Ryan Trainor, “JWST hala çok yeni bir gözlemevi” diye ekledi. “Dünyanın dört bir yanındaki gökbilimciler hâlâ teleskoptan aldığımız verileri analiz etmenin en iyi yollarını bulmaya çalışıyor.”
Sıcaklık Bulguları ve Mirası
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 veya 17.492 derece FahrenhaytGenç galaksiler 13.350 santigrat dereceden veya 24.062 Fahrenheit dereceden daha yüksek bir sıcaklıkta çalışıyor.
Rudie, “Bu erken galaksilerin, Samanyolu’muzdan ve bugün bizi çevreleyen galaksilerden çok ama çok farklı bir kimyaya sahip olmasını bekliyorduk” dedi. “Fakat JWST’nin ortaya çıkardığı şey bizi hâlâ şaşırttı.”
Proje, adını neredeyse 100 yıl önce Güneşimizin kimyası üzerinde öncü çalışmalar yapan Cecilia Payne-Gaposchkin’in onuruna aldı. Bulguları, bilim camiasının Güneş’in bileşimine ilişkin anlayışını alt üst etti ve çığır açan çalışması nihayet tanınmadan önce yıllar boyunca haksız eleştirilerle karşı karşıya kaldı.
“JWST araştırmamıza Cecilia Payne’in adını vermenin amacı onun yıldızların kimyasal yapısına ilişkin öncü çalışmalarına saygı duruşunda bulunmaktı. Allison ve ben, bu çok erken dönem galaksilerin kimyasını ortaya koyan çalışmamızın onun mirasına dayandığının farkındayız.” dedi Rudie.
CECILIA, inanılmaz uzay teleskopunu kullanarak gözlem yapmak üzere seçilen Carnegie ve Carnegie’ye bağlı gökbilimciler tarafından yürütülen altı başlangıç JWST projesinden ilkiydi. Bu yılın başlarında, JWST zaman tahsislerinin ikinci döngüsü için Carnegie liderliğindeki dört girişim daha seçildi.
Bu araştırma hakkında daha fazla bilgi için bkz. Webb, “Genç Galaksilerin” Olağandışı Sıcak ve Beklenmedik Unsurlarla Parıldadığını Ortaya Çıkarıyor.
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
Bu çalışma 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.