JWST tarafından gözlemlenen Kozmik Mücevherler yayı. Kaynak: ESA/Webb, NASA ve CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (Stockholm Üniversitesi) ve Kozmik Bahar işbirliği.
Yıldızların ve galaksilerin nasıl oluştuğu ve günümüze nasıl evrildiği tarihi, bugüne kadar çözülmesi en zor astrofizik soruları arasında yer almaya devam ediyor, ancak yeni araştırmalar bizi bu konuyu anlamaya daha da yaklaştırıyor.
Stockholm Üniversitesi’nde Dr. Angela Adamo liderliğinde yakın zamanda yapılan uluslararası bir çalışma, Reionizasyon Çağı’ndan genç galaksilere dair yeni bakış açıları ortaya çıkardı. James Webb Uzay Teleskobu (JWST), araştırmacılar Kozmik Mücevherler yay galaksisini (SPT0615-JD) inceleyerek ışığının 460 milyon yıl sonra ortaya çıktığını doğruladılar. Büyük patlamaBu galaksiyi benzersiz kılan şey, o çağda oluşan diğer galaksilerde gözlemlenmemiş olan kütleçekimsel merceklenme adı verilen bir etkiyle büyütülmüş olmasıdır. Kozmik Mücevherler yayının büyütülmesi, ekibin ilk kez yeni bir galaksinin içindeki daha küçük yapıları incelemesine olanak tanıdı.
Araştırmacılar, Cosmic Gems yayının, yıldızların oluştuğu beş genç büyük yıldız kümesini barındırdığını keşfetti. Adamo, “JWST görüntülerini ilk kez açtığımızda yaşadığımız şaşkınlık ve hayret inanılmazdı,” diyor.
Erken Evrenin Gizemi
Yeniden İyonlaşma Dönemi (EoR), Büyük Patlama’dan sonraki ilk milyar yıl içinde gerçekleşen Evrenin evrimi sırasında kritik bir zamandır. Bu dönemde Evren önemli bir geçişten geçti. İlk zamanlarında nötr Hidrojen gazıyla doluydu, ancak bu EoR sırasında değişti. Evrenin maddesi nötr formundan tamamen iyonize hale geldi; atomlar elektronlarından arındırıldı. Evrenin en eski galaksilerinin bu dönüşümü yönlendirdiğine inanılıyor.
En eski galaksileri incelemek için uzayda çok uzağa bakmak gerekir. Işık sonlu bir hızla hareket eder. Nesneleri çok uzak mesafelerden gözlemleyerek, ışığın yayıldığı zamandaki nesnenin durumunu gördüğümüz için “zamanda geriye bakabiliriz”. Ancak, erken Evreni incelemek için yeterince büyük mesafelerde bir nesnenin küçük ayrıntılarını gözlemlemek zordur.
Kozmik Mücevherler yayındaki aynalı yıldız kümelerine yakınlaştırma. Orta: Farklı yıldız kümelerinin işaretlendiği yıldız kümelerinin negatif versiyonu. Sağ: Yerçekimi merceğinin “arkasındaki” yıldız kümeleri. Bu görüntü bilgisayar simülasyonları kullanılarak hesaplandı. Kaynak: ESA/Webb, NASA ve CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (Stockholm Üniversitesi) ve Kozmik Bahar işbirliği
Bir galaksideki daha ince detayları çok uzakta gözlemlemenin bir yolu kütle çekimsel mercekleme kullanmaktır. Kütle çekimsel mercekleme, yüksek kütleli bir gök cismi, güçlü kütle çekimi nedeniyle etrafındaki ışık yolunu eğdiğinde meydana gelir. Bir kaynaktan yayılan ışık kütle çekimsel mercekten geçtiğinde, bir büyüteç etkisine benzer şekilde bozulur. Bu şekilde, gökbilimciler uzaktaki nesnelerdeki küçük detayları gözlemleyebilirler.
Galaksiler yıldız popülasyonlarını yıldız oluşumu olarak adlandırılan bir süreçle yavaşça oluştururlar. Yerel galaksilerde yıldızların büyük bir kısmının yıldız kümelerinde oluştuğunu görürüz. Yıldız kümeleri, kütle çekim kuvvetleriyle bir arada tutulan yıldız gruplarıdır. Yıldız kümeleri, bazıları yalnızca az sayıda yıldız içerirken diğerleri milyonlarca yıldız içerebilen çeşitli boyutlarda olabilir. Küresel kümeler, daha önce yıldızların oluştuğu ancak artık oluşmadığı çok eski yıldız kümeleridir. Küresel kümelerin nasıl ve nerede oluştuğu uzun zamandır bir gizemdir.
JWST ile İleri Gözlemler
Bilimsel dergide yayınlanan yeni bir çalışmada Doğagökbilimcilerden oluşan ekip, ışığı Dünya’ya doğru giderken kütleçekimsel bir mercekten geçen bir galaksideki yıldız kümelerinin keşfini sunuyor. Stockholm Üniversitesi’nden ve yayının ortak yazarı Dr. Adélaïde Claeyssens, “Bu başarı yalnızca JWST’nin eşsiz yetenekleri sayesinde mümkün olabilir” diyor. Kozmik Mücevherler Arkı olarak da bilinen SPT0615-JD galaksisi, uzak Evren’de yer almaktadır. Günümüzde Dünya’ya ulaşan ışık, Büyük Patlama’dan sadece 460 milyon yıl sonra bu galaksiden yayılmıştır. Gökbilimciler bu nesneyi inceleyerek kozmik zamanın %97’sine bakıyorlar.
NIRCam’ın Gücü ve Yıldız Kümesi Keşfi
Claeyssens, “Yerçekimsel merceklenme sayesinde Kozmik Mücevher Yayı, içindeki nesneleri incelemek için yeterince küçük ölçeklere kadar çözülebildi” diye ekliyor.
Ekip, gözlemleri için JWST’deki Yakın Kızılötesi Kamera (NIRCam) cihazını kullandı. NIRCam, ışık spektrumunun en erken yıldızların ve galaksilerin tespit edilebildiği yakın kızılötesi kısmında yüksek çözünürlüklü görüntüler almak için inşa edilmiştir. JWST NIRCam’in yüksek çözünürlüğü kullanılarak elde edilen gözlemler, bir taraftan diğerine yansıyan parlak noktalar zincirini gösterdi. Bu noktaların beş genç büyük yıldız kümesi olduğu keşfedildi.
Erken Yıldız Kümelerini Keşfetmenin Önemi
Galaksi tarafından yayılan ışık spektrumlarının analizi yoluyla, yıldız kümelerinin kütleçekimsel olarak bağlı olduğu ve yerel Evren’deki tipik genç yıldız kümelerinden üç kat daha büyük bir yıldız yoğunluğuna sahip olduğu belirlenebildi. Ayrıca kümelerin yakın zamanda, 50 milyon yıl içinde oluştuğu bulundu. Küresel kümelerden çok daha küçük olmalarına rağmen çok büyük kütlelidirler.
“JWST’nin Kozmik Mücevherler yayının görüntülerini görmek ve bu kadar genç bir galaksideki yıldız kümelerine baktığımızı fark etmek inanılmazdı. Yerel galaksilerin etrafında küresel kümeler gözlemliyoruz, ancak ne zaman ve nerede oluştuklarını bilmiyoruz. Kozmik Mücevherler yayının gözlemleri, küresel kümelerin nerede oluştuğunu göstermenin yanı sıra, bebek galaksilerin çalışmalarına dair benzersiz bir pencere açtı,” diyor Adamo. “Bu kümeler, Evrenin bu kadar genç bir çağında oluştukları için, rahatlamak ve küresel kümeler haline gelmek için yeterli zamana sahip olacaklar,” diye ekliyor.
Erken Evreni Anlamak
Büyük Patlama’dan kısa bir süre sonra doğan genç galaksilerdeki yıldız kümelerinin incelenmesiyle, küresel kümelerin nasıl ve nerede oluştuğuna dair daha fazla anlayış elde edilebilir. Genç galaksilerin EoR sırasında yeniden iyonlaşmayı yönlendirdiğine inanıldığından, erken Evren hakkında bilgi edinmek için onları derinlemesine incelemek çok önemlidir. Bu çalışmanın yazarları tarafından yapılan keşifler kullanılarak, en erken galaksilerdeki yıldızların nasıl doğduğu ve küresel kümelerin nerede ve nasıl oluştuğuna dair anlayışımıza daha fazla bilgi eklenmektedir.
İleriye Bakmak
Gelecekte grup, benzer galaksilerden oluşan daha büyük bir örnek oluşturmayı planlıyor. Adamo, “Şimdiye kadar bir galaksimiz var, ancak en erken galaksilerde oluşan küme popülasyonlarının demografisini oluşturmak istiyorsak çok daha fazlasına ihtiyacımız var” diyor.
Ekip ayrıca, Kozmik Mücevherler Arkı galaksisini ve yakın zamanda keşfedilen yıldız kümelerini daha ayrıntılı olarak inceleyecekleri bir sonraki JWST gözlem döngüsü için onaylanmış bir programa sahiptir. “Spektroskopik gözlemler, yıldız oluşum oranını ve iyonlaşmayı mekansal olarak haritalamamıza olanak tanıyacak foton JWST programının baş araştırmacısı ve bu makalenin ikinci yazarı olan Dr. Larry Bradley, “Galaksi boyunca üretim verimliliği” diye ekliyor.
Referans: Angela Adamo, Larry D. Bradley, Eros Vanzella, Adélaïde Claeyssens, Brian Welch, Jose M. Diego, Guillaume Mahler, Masamune Oguri, Keren Sharon, Abdurro’uf, Tiger Yu-Yang Hsiao, Xinfeng Xu, Matteo Messa, Augusto E. Lassen, Erik Zackrisson, Gabriel Brammer, Dan Coe, Vasily Kokorev, Massimo Ricotti, Adi Zitrin, Seiji Fujimoto, Akio K. Inoue, Tom Resseguier, Jane R. Rigby, Yolanda Jiménez-Teja, Rogier A. Windhorst, Takuya Hashimoto ve Yoichi Tamura tarafından 24 Haziran 2024’te gözlemlenen bağlı yıldız kümeleri, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07703-7
Stockholm Üniversitesi Astronomi Bölümü’nde Galaksi grubu doçenti olan Dr. Angela Adamo makalenin baş yazarıdır. Dr. Adélaïde Claeyssens, Stockholm Üniversitesi Astronomi Bölümü’nde Doktora Sonrası araştırmacıdır ve Uppsala Üniversitesi Fizik ve Astronomi Bölümü’nde Doçent olan Erik Zackrisson çalışmanın ortak yazarlarıdır.