Webb Erken Evrenin Devini Ortaya Çıkarıyor

İlk gökadalardan birinin ayrıntılı resimleri, erken Evren’deki büyümenin ilk düşünülenden çok daha hızlı olduğunu gösteriyor.

Gökbilimciler şu anda erken Evrenin birçok gizemini araştıran verimli bir keşif döneminin tadını çıkarıyorlar.

NASA’nın Hubble Uzay Teleskobu’nun devamı olan James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) başarıyla fırlatılması, görebildiklerimizin sınırlarını zorladı.

Gözlemler artık Evren’in şu anki yaşının yüzde beşinden daha az olduğu Büyük Patlama’dan sonraki ilk 500 milyon yıla giriyor. İnsanlar için bu sefer Evren kesin olarak yürümeye başlayan çocuk aşamasına yerleştirilecektir.

Ancak gözlemlediğimiz galaksiler kesinlikle çocuksu değil; yeni gözlemler galaksilerin bu kadar erken zamanlar için beklenenden daha büyük ve olgun olduğunu ortaya çıkarıyor ve galaksi oluşumu ve evrimi hakkındaki anlayışımızı yeniden yazmaya yardımcı oluyor.

Uluslararası araştırma ekibimiz kısa bir süre önce bilinen en eski gökadalardan biri olan Gz9p3’ün benzeri görülmemiş derecede ayrıntılı gözlemlerini gerçekleştirdi ve şimdi de yayınlandı. Doğa Astronomi.

Adı şuradan geliyor: Cam işbirliği (uluslararası araştırma ekibimizin adı) ve galaksinin z=9,3 kırmızıya kaymada olduğu gerçeği; burada kırmızıya kayma, bir nesneye olan mesafeyi tanımlamanın bir yoludur – dolayısıyla G ve z9p3.

Gz9p3, Evrenin ilk 500 milyon yılında bilinen en parlak birleşen gökada (JWST aracılığıyla gözlemlenmiştir) Sol: Doğrudan görüntüleme, merkezi bölgede çift çekirdekli bir çekirdek göstermektedir. Sağda: Işık profilinin hatları, gökada birleşmesinden kaynaklanan uzun ve topak topak bir yapıyı ortaya çıkarıyor. Kredi bilgileri: NASA

Sadece birkaç yıl önce, Gz9p3 tek bir ışık noktası olarak ortaya çıktı. Hubble uzay teleskobu. Ama şunu kullanarak James Webb Uzay Teleskobu bu nesneyi, 510 milyon yıl sonra olduğu için gözlemleyebildik. Büyük patlamayaklaşık 13 milyar yıl önce.

Gz9p3’ün halihazırda birkaç milyar yıldız içeren bu kadar genç bir Evren için beklenenden çok daha büyük ve olgun olduğunu gördük.

Şu ana kadar teyit edilen en büyük kütleli nesnenin, Evrenin erken dönemlerinde bulunan diğer galaksilerden 10 kat daha büyük olduğu hesaplandı.

Bu sonuçlar bir araya getirildiğinde, galaksinin bu boyuta ulaşması için yıldızların ilk düşündüğümüzden çok daha hızlı ve daha verimli bir şekilde gelişmiş olması gerektiğini gösteriyor.

Erken Evrendeki En Uzak Galaksi Birleşmesi

Bu Gz9p3 sadece çok büyük olmakla kalmıyor, aynı zamanda karmaşık şekli de onun şimdiye kadar tanık olunan en eski gökada birleşmelerinden biri olduğunu anında gösteriyor.

Galaksinin JWST görüntülemesi, tipik olarak etkileşim halindeki iki galaksiyle ilişkilendirilen bir morfolojiyi göstermektedir. Birleşme henüz tamamlanmadı çünkü hâlâ iki bileşen görüyoruz.

İki büyük nesne bu şekilde birleştiğinde, süreçteki maddenin bir kısmını etkili bir şekilde dışarı atarlar. Yani bu atılan madde, gözlemlediğimiz şeyin şimdiye kadar görülen en uzak birleşmelerden biri olduğunu gösteriyor.

Türünün şimdiye kadar uzaya fırlatılmış en büyük ve en güçlü cihazı olan James Webb Teleskobu, Evrenin en eski görüntülerinden bazılarını oluşturmak için altın kaplamayla kaplanmış, 18 altıgen aynadan oluşan 6,5 metrelik bir birincil ayna kullanıyor. Katkıda bulunanlar: NASA GSFC/CIL/Adriana Manrique Gutierrez

Daha sonra çalışmamız, birleşen galaksileri oluşturan yıldız popülasyonunu tanımlamak için daha derinlere indi. JWST’yi kullanarak şunları inceleyebildik: galaksinin spektrumuBir prizmanın beyaz ışığı gökkuşağına böldüğü gibi, ışığı da böler.

Yalnızca görüntüleme kullanıldığında, bu çok uzak nesnelerle ilgili çoğu çalışma yalnızca çok genç yıldızları gösterir çünkü genç yıldızlar daha parlaktır ve dolayısıyla onların ışığı görüntüleme verilerine hakimdir.

Örneğin, galaksi birleşmesiyle ortaya çıkan, birkaç milyon yıldan daha genç ve parlak bir nüfus, halihazırda 100 milyon yaşın üzerinde olan daha yaşlı bir nüfusu gölgede bırakıyor.

Kullanmak spektroskopi tekniği öyle detaylı gözlemler üretebiliyoruz ki, iki popülasyon birbirinden ayırt edilebiliyor.

Erken Evrenin Yeni Modelleri

Bu kozmik zamana kadar yeterince yaşlanmak için erken yıldızların nasıl oluşmuş olması gerektiği göz önüne alındığında, bu kadar olgun ve yaşlı bir popülasyon beklenmiyordu. Spektroskopi o kadar ayrıntılı ki, eski yıldızların, düşündüğünüzden daha fazlasının bulunduğunu bize söyleyen ince özelliklerini görebiliyoruz.

Spektrumda tespit edilen belirli elementler (silisyum, karbon ve demir dahil), galaksiyi bol miktarda kimyasalla zenginleştirmek için bu yaşlı popülasyonun var olması gerektiğini ortaya koyuyor.

Şaşırtıcı olan sadece galaksilerin büyüklüğü değil, aynı zamanda kimyasal olarak bu kadar olgun bir duruma gelme hızlarıdır.

Bu gözlemler, Büyük Patlama’nın hemen ardından devam eden galaksi birleşmelerine bağlı olarak yıldızların ve metallerin hızlı ve etkili bir şekilde oluştuğuna dair kanıtlar sunarak, birkaç milyar yıldıza sahip devasa galaksilerin beklenenden daha önce var olduğunu gösteriyor.

Gözlemler, Büyük Patlama’nın hemen ardından yıldızların ve metallerin hızlı ve etkili bir şekilde oluştuğuna dair kanıtlar sağlıyor. Katkıda bulunanlar: NASA, ESA, Jennifer Lotz (STScI), Matt Mountain (STScI), Anton M. Koekemoer (STScI), HFF Ekibi (STScI)

İzole galaksiler yıldız popülasyonlarını oluşturur yerinde ancak bu, sınırlı gaz rezervuarlarından galaksilerin büyümesinin yavaş bir yolu olabilir.

Galaksiler arasındaki etkileşimler, hızlı yıldız oluşumu için yakıt sağlayan taze saf gaz akışlarını çekebilir ve birleşmeler, kütle birikimi ve büyüme için daha da hızlandırılmış bir kanal sağlar.

Modern Evrenimizdeki en büyük galaksilerin tümü, bizim galaksimiz de dahil, bir birleşme geçmişi taşır. Samanyolu Daha küçük galaksilerle ardışık birleşmeler yoluyla bugünkü boyutuna ulaşan.

Gz9p3’ün bu gözlemleri, galaksilerin erken Evren’de birleşmeler yoluyla hızlı bir şekilde kütle biriktirebildiklerini ve yıldız oluşum verimliliklerinin beklediğimizden daha yüksek olduğunu gösteriyor.

JWST kullanılarak yapılan bu ve diğer gözlemler, astrofizikçilerin Evrenin ilk yıllarına ilişkin modellemelerini değiştirmelerine neden oluyor.

Kozmolojimiz mutlaka yanlış değil, ancak galaksilerin ne kadar hızlı oluştuğuna dair anlayışımız muhtemelen yanlıştır, çünkü onlar mümkün olabileceğine inandığımızdan daha büyük kütlelidirler.

JWST kullanılarak yapılan bilimsel gözlemlerin iki yıllık sınırına yaklaştığımız şu dönemde, bu yeni sonuçlar iyi zamanlanmıştır.

Gözlemlenen galaksilerin toplam sayısı arttıkça, erken Evren’i inceleyen gökbilimciler, keşif aşamasından, yeni modeller oluşturmaya ve geliştirmeye yetecek kadar büyük örneklere sahip olduğumuz bir döneme geçiş yapıyorlar.

Erken Evrenin gizemlerini anlamak için hiç bu kadar heyecan verici bir zaman olmamıştı.

Referans: Kristan Boyett, Michele Trenti, Nicha Leethochawalit, Antonello Calabró, Benjamin Metha, Guido Roberts-Borsani, Nicoló Dalmasso, Lilan Yang, Paola Santini, Tommaso Treu, Tucker Jones tarafından yazılan “Büyük Patlama’dan 510 milyon yıl sonra etkileşim halindeki devasa bir galaksi” , Alaina Henry, Charlotte A. Mason, Takahiro Morishita, Themiya Nanayakkara, Namrata Roy, Xin Wang, Adriano Fontana, Emiliano Merlin, Marco Castellano, Diego Paris, Maruša Bradač, Matt Malkan, Danilo Marchesini, Sara Mascia, Karl Glazebrook, Laura Pentericci , Eros Vanzella ve Benedetta Vulcani, 7 Mart 2024, Doğa Astronomi.
DOI: 10.1038/s41550-024-02218-7

Çalışma Dr. Kit Boyett tarafından Profesör Michele Trenti, Benjamin Metha ve Nicoló Dalmasso ayrıca Melbourne Üniversitesi’nden ve 3 Boyutta Tüm Gökyüzü Astrofiziği için ARC Mükemmeliyet Merkezi (ASTRO 3D). Uluslararası araştırma ekibi oluştu Avustralya, Tayland, İtalya, ABD, Japonya, Danimarka ve Çin’deki 19 kurumdan 27 yazar.