Beklenmedik “İmkansız Galaksi” Keşfi Astronomik Sınırları Yıkıyor

PEARLSDG, izole edilmiş bir cüce gökada James Webb Uzay Teleskobuyeni yıldızlar oluşturmayarak standart galaktik evrim teorilerine meydan okuyor ve galaksilere ilişkin anlayışımızı gözden geçirmemiz gerektiğine işaret ediyor.

Arizona Eyalet Üniversitesi Yardımcı Araştırma Bilimcisi Tim Carleton liderliğindeki bir gökbilimci ekibi, James Webb Uzay Teleskobu (JWST) görüntülemesinde görünen ve birincil gözlem hedefi olmayan bir cüce galaksi keşfetti.

Galaksiler yerçekimi ile birbirine bağlıdır ve yıldızlar ve gezegenlerden oluşur; geniş toz ve gaz bulutlarının yanı sıra karanlık madde de içerir. Cüce galaksiler Evrende en çok bulunan galaksilerdir ve tanımları gereği küçüktür ve parlaklıkları düşüktür. 100 milyondan az yıldıza sahipler, oysa Samanyoluörneğin yaklaşık 200 milyar yıldız var.

Cüce Galaksileri Anlamak

Önceki büyük spektroskopik araştırmaların ulaşamayacağı “aşırı dağınık gökadaların” bolluğuna ilişkin son cüce gökada gözlemleri, cüce gökada popülasyonuna ilişkin anlayışımızın eksik olabileceğini düşündürmektedir.

Yeni yayınlanan bir çalışmada, Carleton ve ekibi başlangıçta JWST Prime Galaksi Dışı Reiyonizasyon ve Merceklenme Bilimi (PEARLS) projesinin bir parçası olarak bir galaksi kümesine bakıyordu.

Cüce galaksi PEARLSDG, ekibin JWST görüntülemelerinin bazılarında göründü. Hedef kesinlikle değildi; ana gözlem alanının biraz uzağında, hiçbir şey görmeyi beklemedikleri uzay bölgesinde.

Sonuçları dergide yayınlandı. Astrofizik Günlük Mektupları.

Galaksi Araştırmalarında Atılım

PEARLSDG, görmeyi bekleyeceğiniz bir cüce galaksinin olağan özelliklerine sahip değildi. Yakındaki bir galaksiyle etkileşime girmiyor ama aynı zamanda yeni yıldızlar da oluşturmuyor. Görünüşe göre bu, izole edilmiş hareketsiz bir galaksinin ilginç bir durumu.

“Bu tür izole edilmiş hareketsiz cüce gökadalar, nispeten birkaç vaka dışında daha önce gerçekten görülmemişti. Mevcut galaksi evrimi anlayışımız göz önüne alındığında bunların var olması gerçekten beklenmiyor, dolayısıyla bu nesneyi görmemiz galaksi oluşumuna ilişkin teorilerimizi geliştirmemize yardımcı oluyor” dedi Carleton. “Genellikle orada kendi başlarına bulunan cüce galaksiler yeni yıldızlar oluşturmaya devam ediyor.”

Şimdiye kadar gökbilimcilerin galaksi evrimi anlayışı, genç yıldızlar oluşturmaya devam eden izole bir galaksiyi ya da daha büyük bir eşlik eden galaksiyle etkileşime gireceğini gösteriyordu. Bu teori, eski bir yıldız popülasyonu olarak ortaya çıkan, yeni yıldızlar oluşturmayan ve kendi başına kalan PEARLSDG için geçerli değildi.

Daha da şaşırtıcı bir şekilde ekibin JWST görüntülerinde tek tek yıldızlar gözlemlenebiliyor. Bu yıldızlar JWST dalga boylarında daha parlaktır; bu yıldızları bu düzeyde ayrıntıyla görebildiğimiz en uzak galaksilerden biridir. Bu yıldızların parlaklığı gökbilimcilerin yıldızın 98 milyon ışıkyılı mesafesini ölçebilmesini sağlıyor.

Yenilikçi Astronomik Teknikler

Bu çalışma için, ASU’daki Dünya ve Uzay Araştırmaları Okulu’ndaki Beus Kozmik Temeller Merkezi’nde yardımcı araştırma bilimcisi olan Carleton ve ekip, geniş bir veri yelpazesi kullandı.

Buna JWST’nin Yakın Kızılötesi Kamerasından (NIRCam) alınan görüntüleme verileri dahildir; Flagstaff, Arizona’daki Lowell Keşif Teleskobu üzerindeki DeVeny Optik Spektrografından elde edilen spektroskopik veriler; arşiv görüntüleme NASAGalex ve Spitzer uzay teleskopları; ve Sloan Digital Sky Survey ve Dark Energy Camera Legacy Survey’den elde edilen yer tabanlı görüntüleme.

JWST’nin NIRCam’i çok yüksek açısal çözünürlüğe ve duyarlılığa sahip olup, ekibin bu uzak galaksideki yıldızları tek tek tanımlamasına olanak tanır. Tıpkı tek tek hücrelerin mikroskop altında odaklanması gibi, bu gözlemler de PEARLSDG’nin bileşenlerini keskin bir şekilde odağa getirdi.

Daha da önemlisi, görüntülemedeki belirli yıldızların belirlenmesi, uzaklığı hakkında önemli bir ipucu sağladı; bu yıldızların kendine özgü bir parlaklığı var, dolayısıyla görünen parlaklıklarını JWST ile ölçerek ekip, ne kadar uzakta olduklarını belirleyebildi. Bu yıldızların kendi türlerinde gözlemlenecek en uzak yıldızlardan bazıları olduğu ortaya çıktı.

Ultraviyole, optik ve kızılötesi dalga boylarında gözlemlenen tüm arşiv görüntüleme verileri PEARLSDG’nin rengini incelemek için bir araya getirildi. Yeni oluşan yıldızların belirli bir renk imzası vardır; dolayısıyla böyle bir imzanın yokluğu, PEARLSDG’nin yeni yıldızlar oluşturmadığını göstermek için kullanıldı.

Lowell Keşif Teleskobu’ndaki DeVeney Spektrografı, hafif astronomik nesneleri farklı bileşenlerine ayırarak gökbilimcilerin bu nesnelerin özelliklerini ayrıntılı olarak incelemesine olanak tanıyor. Örneğin, spektroskopik verilerdeki özelliklerde gözlemlenen spesifik dalga boyu kayması, radar silahlarının Arizona yollarındaki sürücülerin hızını ölçmek için kullandığı “doppler efektinin” aynısını kullanarak PEARLSDG’nin hareketi hakkındaki bilgiyi kodlar.

Bu, PEARLSDG’nin başka hiçbir galaksiyle ilişkili olmadığını ve gerçekten izole olduğunu göstermenin anahtarıydı.

Ek olarak, spektrumdaki belirli özellikler genç yıldızların varlığına duyarlıdır; dolayısıyla bu özelliklerin yokluğu, görüntüleme verilerindeki genç yıldızların yokluğuna ilişkin ölçümleri daha da doğruladı.

Carleton, “Bu, insanların böyle bir cüce galaksiye ilişkin beklentilerine kesinlikle aykırıydı” dedi.

Bu keşif, gökbilimcilerin galaksilerin nasıl oluştuğuna ve geliştiğine dair anlayışlarını değiştiriyor. Bu, birçok izole edilmiş hareketsiz galaksinin tanımlanmayı beklediğini ve JWST’nin bunu yapacak araçlara sahip olduğunu öne sürüyor.

Referans: Timothy Carleton, Timothy Ellsworth-Bowers, Rogier A. Windhorst, Seth H. Cohen, Christopher J. Conselice, Jose M. Diego, Adi Zitrin, Haylee N. Archer, Isabel McIntyre, Patrick Kamieneski, Rolf A. Jansen, Jake Summers, Jordan CJ D’Silva, Anton M. Koekemoer, Dan Coe, Simon P. Driver, Brenda Frye, Norman A. Grogin, Madeline A. Marshall, Mario Nonino, Nor Pirzkal, Aaron Robotham, Russell E. Ryan, Rafael Ortiz, Scott Tompkins, Christopher NA Willmer, Haojing Yan ve Benne W. Holwerda, 31 Ocak 2024, Astrofizik Günlük Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad1b56

Bu araştırma Ocak ayının 243. AAS basın toplantısında sunuldu: Gökyüzündeki Tuhaflıklar ve izlenebilir Burada.