Evrenin şafağında keşfedilen küçük parlak nesneler bilim adamlarını şaşırttı

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’nun (JWST) yakın zamanda yaptığı bir keşif, erken evrende daha önce tespit edilen parlak, çok kırmızı nesnelerin, galaksilerin ve süper kütleli kara deliklerin kökenleri ve evrimi hakkındaki geleneksel düşünceyi altüst ettiğini doğruladı.

Penn State araştırmacıları tarafından yönetilen uluslararası bir ekip, RUBIES araştırmasının bir parçası olarak JWST gemisindeki NIRSpec cihazını kullanarak, evrenin yalnızca %5’i olduğu Büyük Patlama’dan yaklaşık 600-800 milyon yıl sonra, erken evrende üç gizemli nesne tespit etti. şimdiki yaşı. Onlar duyuruldu keşif bugün 27 Haziran’da Astrofizik Günlük Mektupları.

Ekip, spektral ölçümleri veya nesnelerden yayılan farklı dalga boylarındaki ışığın yoğunluğunu inceledi. Analizleri, genç bir evrende beklenenden çok daha yaşlı, yüz milyonlarca yıllık “yaşlı” yıldızların izlerini buldu.

Araştırmacılar aynı nesnelerde devasa süper kütleli kara deliklerin izlerini keşfettiklerinde de şaşırdıklarını, bunların Samanyolu’ndaki süper kütleli kara delikten 100 ila 1000 kat daha büyük olduğunu tahmin ettiklerini söyledi. Galaksilerin ve onların kara deliklerinin milyarlarca yıllık kozmik tarih boyunca birlikte büyümesini bekleyen mevcut galaksi büyümesi ve süper kütleli kara delik oluşumu modellerinde bunların hiçbiri beklenmiyor.

“Bunların, sadece 600-800 milyon yaşında bir evrende, yüzlerce milyon yıllık antik yıldızlarla dolu olduğunu doğruladık. Şaşırtıcı bir şekilde, bu nesneler eski yıldız ışığının en erken izlerinin kaydını tutuyor,” diyor Penn State’te doktora sonrası araştırmacı ve makalenin baş yazarı olan Bingjie Wang.

“Çok genç bir evrende yaşlı yıldızlar bulmak tamamen beklenmedik bir şeydi. Kozmoloji ve galaksi oluşumunun standart modelleri inanılmaz derecede başarılıydı, ancak bu parlak nesneler bu teorilere tam olarak uymuyor.”

Araştırmacılar, ilk veri setinin JWST’den yayınlandığı Temmuz 2022’de ilk kez devasa nesneleri fark ettiler. Ekip, bir makale yayınladı Doğa Birkaç ay sonra nesnelerin varlığını duyurdu.

O zamanlar araştırmacılar nesnelerin galaksiler olduğundan şüpheleniyorlardı, ancak nesnelerin gerçek mesafelerini ve muazzam ışıklarına güç veren kaynakları daha iyi anlamak için analizlerini spektrum alarak sürdürdüler.

Araştırmacılar daha sonra yeni verileri, galaksilerin neye benzediğine ve içlerinde ne olduğuna dair daha net bir resim çizmek için kullandılar. Ekip, nesnelerin gerçekten de zamanın başlangıcına yakın galaksiler olduğunu doğrulamakla kalmadı, aynı zamanda şaşırtıcı derecede büyük süper kütleli kara deliklerin ve şaşırtıcı derecede eski bir yıldız popülasyonunun kanıtlarını da buldular.

“Çok kafa karıştırıcı,” diyor Penn State’te astronomi ve astrofizik yardımcı doçenti ve her iki makalenin de ortak yazarı Joel Leja. “Bunu evrenin mevcut modelimize rahatsız edici bir şekilde uydurabilirsiniz, ancak yalnızca zamanın başlangıcında egzotik, çılgınca hızlı bir oluşumu çağrıştırırsak. Bu, şüphesiz kariyerim boyunca gördüğüm en tuhaf ve ilginç nesne kümesidir.”

JWST, en eski yıldızlar ve galaksiler tarafından yayılan ışığı tespit edebilen kızılötesi algılama cihazlarıyla donatılmıştır. Leja, esasen teleskopun bilim adamlarının zamanda geriye doğru, yani bildiğimiz evrenin başlangıcına yakın bir yeri görmelerine olanak sağladığını söyledi.

Antik ışığı analiz etmenin zorluklarından biri, ışığı yayan nesne türleri arasında ayrım yapmanın zor olabilmesidir. Bu erken dönem nesneler hem süper kütleli kara deliklerin hem de eski yıldızların belirgin özelliklerine sahiptir.

Ancak Wang, gözlemlenen ışığın ne kadarının her birinden geldiğinin henüz net olmadığını açıkladı; yani bunlar, beklenmedik derecede yaşlı ve Samanyolu’muzdan bile daha büyük kütleye sahip, modellerin tahmin ettiğinden çok daha erken oluşan erken galaksiler olabilir ya da olabilir. “Aşırı kütleli” kara deliklere sahip daha normal kütleli galaksiler, böyle bir galaksinin bugün sahip olabileceğinden kabaca 100 ila 1.000 kat daha büyük.

Wang, “Kara deliğe düşen malzemeden gelen ışık ile bu küçük, uzak nesnelerdeki yıldızlardan yayılan ışık arasında ayrım yapmak zorlayıcıdır” dedi. “Mevcut veri kümesindeki farkı söyleyememek, bu ilgi çekici nesnelerin yorumlanması için geniş bir alan bırakıyor. Dürüst olmak gerekirse, bu gizemin çoğunun çözülecek durumda kalması heyecan verici.”

Açıklanamayan kütleleri ve yaşları bir yana, eğer ışığın bir kısmı gerçekten süper kütleli kara deliklerden geliyorsa, o zaman onlar da normal süper kütleli kara delikler değiller. Beklenenden çok daha fazla morötesi foton üretiyorlar ve diğer cihazlarla incelenen benzer nesneler, sıcak toz ve parlak X-ışını emisyonu gibi süper kütleli kara deliklerin karakteristik izlerinden yoksun. Ancak araştırmacıların söylediğine göre belki de en şaşırtıcı şey, ne kadar büyük göründükleri.

Leja, “Normalde süper kütleli kara delikler galaksilerle eşleşir” dedi. “Birlikte büyüyorlar ve tüm önemli yaşam deneyimlerini birlikte yaşıyorlar. Ancak burada, bebek galaksi olması gereken bir şeyin içinde yaşayan, tamamen oluşmuş, yetişkin bir kara deliğimiz var. Bu pek mantıklı değil çünkü bu şeylerin birlikte büyümesi gerekiyor. ya da en azından biz öyle düşündük.”

Araştırmacılar aynı zamanda bu sistemlerin inanılmaz derecede küçük boyutları karşısında da şaşkınlığa uğradılar; sadece birkaç yüz ışıkyılı genişlikte, Samanyolu’ndan kabaca 1000 kat daha küçüktüler. Yıldızlar yaklaşık olarak kendi Samanyolu galaksimizdeki kadar çoktur (10 milyar ile 1 trilyon arasında yıldız içerir), ancak Samanyolu’ndan 1000 kat daha küçük bir hacimde bulunurlar.

Leja, Samanyolu’nu alıp buldukları galaksilerin boyutuna sıkıştırırsanız en yakın yıldızın neredeyse güneş sistemimizde olacağını açıkladı. Samanyolu’nun merkezinde, yaklaşık 26.000 ışıkyılı uzaklıkta bulunan süper kütleli kara delik, Dünya’dan yalnızca yaklaşık 26 ışıkyılı uzaklıkta olacak ve gökyüzünde dev bir ışık sütunu olarak görülebilecektir.

“Bu erken galaksiler yıldızlarla çok yoğun olurdu – daha önce hiç görmediğimiz bir şekilde, asla görmeyi beklemediğimiz bir dönemde asla beklemediğimiz koşullar altında oluşmuş yıldızlar,” dedi Leja. “Ve her ne sebeple olursa olsun, evren sadece birkaç milyar yıl sonra bu tür nesneler üretmeyi bıraktı. Bunlar erken evrene özgüdür.”

Araştırmacılar, nesnelerin gizemlerinden bazılarını açıklamaya yardımcı olabileceğini söyledikleri daha fazla gözlemle devam etmeyi umuyorlar. Teleskobu nesnelere uzun süreler boyunca doğrultarak daha derin spektrumlar almayı planlıyorlar; bu, her birinde mevcut olacak belirli emilim imzalarını belirleyerek yıldızlardan ve potansiyel süper kütleli kara delikten gelen emisyonu çözmeye yardımcı olacak.

Leja, “Bir atılım gerçekleştirmenin başka bir yolu var ve bu da doğru fikir” dedi. “Bütün bu yapboz parçalarına sahibiz ve ancak bazılarının kırıldığı gerçeğini göz ardı edersek uyuyorlar. Bu sorun, şu ana kadar bizim, tüm işbirlikçilerimizin ve tüm bilim camiasının gözünden kaçan dahiyane bir fikirden kaynaklanıyor.”