Araştırmacılar erken evrendeki üç gizemli nesneyi araştırdı. Burada, James Webb Uzay Teleskobu’ndaki üç NIRCam filtre bandından birleştirilen renkli görüntüleri gösterilmektedir. Kırmızı dalga boylarında dikkat çekici derecede kompakttırlar (onlara “küçük kırmızı noktalar” terimini kazandırırlar) ve mavi dalga boylarında uzaysal yapıya dair bazı kanıtlar vardır. Kaynak: Bingjie Wang/Penn State
NASA‘S James Webb Uzay Teleskobu Galaksi ve süper kütleli yıldızların mevcut teorilerine meydan okuyan erken evrendeki gizemli nesneleri ortaya çıkardı Kara delik evrim.
Bu nesneler beklenenden çok daha büyük olan eski yıldızlar ve devasa kara delikler içeriyor ve bu da erken galaksi oluşumunun hızlı ve alışılmadık bir biçimini gösteriyor. Bulgular mevcut modellerle önemli tutarsızlıkları vurguluyor ve nesnelerin benzersiz özellikleri karmaşık bir erken kozmik tarihe işaret ediyor.
Erken Evrende Çığır Açan Keşif
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 yerleşik fikirleri sorguladığını doğruladı.
Penn State’ten araştırmacıların önderliğinde ve RUBIES araştırmasının bir parçası olarak JWST’deki NIRSpec cihazını kullanan uluslararası ekip, 600-800 milyon yıl öncesine ait üç gizemli nesneyi tespit etti. Büyük patlamaevrenin şu anki yaşının sadece %5’i olduğu bir zamandı. Keşfi 27 Haziran’da dergide duyurdular Astrofizik Dergisi Mektupları.
Bilim insanları spektral ölçümleri veya nesnelerden yayılan farklı dalga boylarındaki ışığın yoğunluğunu analiz ettiler. Analizleri, genç bir evrende beklenenden çok daha yaşlı, yüz milyonlarca yıllık “yaşlı” yıldızların izlerini buldu.
James Webb Uzay Teleskobu (JWST), evrenin uzak geçmişine bir pencere sunarak, 13,5 milyar yıl önce oluşan evrenin ilk galaksilerinin ve yıldızlarının görüntülerini yakalar. Kaynak: NASA-GSFC, Adriana M. Gutierrez (CI Lab)
Galaktik Evrimde Beklenmedik Bulgular
Araştırmacılar, aynı nesnelerde devasa süper kütleli kara deliklerin izlerini keşfetmenin de kendilerini şaşırttığını, bunların bizimkinden 100 ila 1.000 kat daha büyük kütleli olduğunu tahmin ettiklerini söyledi. SamanyoluBunların hiçbiri, galaksilerin ve kara deliklerinin milyarlarca yıllık kozmik tarih boyunca birlikte büyüyeceğini varsayan mevcut galaksi büyümesi ve süper kütleli kara delik oluşumu modellerinde 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 eski yıldızlar bulmak tamamen beklenmedik bir şeydi. Kozmoloji ve galaksi oluşumunun standart modelleri inanılmaz derecede başarılı oldu, ancak bu parlak nesneler bu teorilere tam olarak uymuyor.”
Araştırmacılar, ilk veri setinin JWST’den yayınlandığı 2022 yılının Temmuz ayında ilk kez devasa nesneleri fark ettiler. Ekip, bir makale yayınladı Doğa Birkaç ay sonra nesnelerin varlığını duyurdu.
Kozmik Gözlemdeki Zorluklar
O dönemde araştırmacılar bu nesnelerin galaksiler olduğundan şüpheleniyorlardı; ancak nesnelerin gerçek uzaklıklarını ve yoğun ışıklarını sağlayan kaynakları daha iyi anlamak için analizlerini spektrumları 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.
Penn State’te astronomi ve astrofizik yardımcı doçenti ve her iki makalenin de ortak yazarı olan Joel Leja, “Çok kafa karıştırıcı,” dedi. “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, gelişmiş kızılötesi yeteneklerini kullanarak kozmik tozların içinden bakarak uzaydaki gizli yapıları ortaya çıkarmak ve Büyük Patlama’dan hemen sonra meydana gelen olayları gözlemlemek için tasarlanmıştır. Kaynak: Northrop Grumman
Antik Galaktik Yapıların Gizemleri
JWST, en eski yıldızlar ve galaksiler tarafından yayılan ışığı tespit edebilen kızılötesi algılama araçlarıyla donatılmıştır. Esasen, teleskop bilim insanlarının evrenin bildiğimiz başlangıcına yakın yaklaşık 13,5 milyar yıl öncesini görmelerini sağlar, dedi Leja.
Antik ışığı analiz etmenin zorluklarından biri, ışığı yaymış olabilecek nesne türleri arasında ayrım yapmanın zor olabilmesidir. Bu erken nesneler söz konusu olduğunda, hem süper kütleli kara deliklerin hem de eski yıldızların belirgin özelliklerine sahiptirler. Ancak Wang, gözlemlenen ışığın ne kadarının her birinden geldiğinin henüz net olmadığını açıkladı; bu da bunların beklenmedik şekilde eski ve bizim Samanyolu’muzdan bile daha kütleli erken galaksiler olabileceği, modellerin öngördüğünden çok daha erken oluşmuş olabileceği veya “aşırı kütleli” kara deliklere sahip daha normal kütleli galaksiler olabileceği anlamına geliyor, bu tür bir galaksinin bugün sahip olacağından yaklaşık 100 ila 1.000 kat daha kütleli.
Wang, “Kara deliğe düşen maddeden gelen ışık ile bu küçük, uzak nesnelerdeki yıldızlardan yayılan ışık arasında ayrım yapmak zorlayıcıdır,” dedi. “Mevcut veri setindeki farkı söyleyememe durumu, bu ilgi çekici nesnelerin yorumlanması için bolca alan bırakıyor. Dürüst olmak gerekirse, bu gizemin bu kadar çoğunun çözülmeyi bekliyor olması heyecan verici.”
Açıklanamayan kütleleri ve yaşları bir yana, eğer ışığın bir kısmı gerçekten süper kütleli kara deliklerden geliyorsa, o zaman onlar normal süper kütleli kara delikler de değillerdir. Beklenenden çok daha fazla ultraviyole foton üretirler ve diğer aletlerle incelenen benzer nesneler, sıcak toz ve parlak X-ışını emisyonu gibi süper kütleli kara deliklerin karakteristik imzalarından yoksundur. Ancak araştırmacılar, belki de en şaşırtıcı şeyin ne kadar büyük göründükleri olduğunu söyledi.
Leja, “Normalde süper kütleli kara delikler galaksilerle eşleştirilir,” dedi. “Birlikte büyürler ve tüm büyük yaşam deneyimlerini birlikte yaşarlar. Ancak burada, bebek bir galaksi olması gereken şeyin içinde yaşayan tam olarak oluşmuş yetişkin bir kara deliğimiz var. Bu pek mantıklı değil, çünkü bu şeyler birlikte büyümeli, ya da en azından biz öyle düşündük.”
Araştırmacılar ayrıca bu sistemlerin inanılmaz derecede küçük boyutları karşısında şaşkınlığa uğradılar, sadece birkaç yüz ışık yılı genişliğinde, bizim Samanyolu’muzdan yaklaşık 1.000 kat daha küçük. Yıldızlar, bizim Samanyolu galaksimizdeki kadar çok sayıda — 10 milyar ile 1 trilyon arasında yıldız — ancak Samanyolu’ndan 1.000 kat daha küçük bir hacimde yer alıyorlar.
Leja, Samanyolu’nu alıp buldukları galaksilerin boyutuna sıkıştırırsanız, en yakın yıldızın neredeyse güneş sistemimizde olacağını açıkladı. Samanyolu’nun merkezindeki yaklaşık 26.000 ışık yılı uzaklıktaki süper kütleli kara delik, Dünya’dan yalnızca yaklaşık 26 ışık yılı uzaklıkta olacak ve gökyüzünde dev bir ışık sütunu olarak görülecekti.
“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 ne sebeple olursa olsun, evren sadece birkaç milyar yıl sonra bu tür nesneleri yapmayı 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.
“Bir atılım yapabileceğimiz başka bir yol daha var ve bu tam da doğru fikir,” dedi Leja. “Tüm bu bulmaca parçalarına sahibiz ve bunlar ancak bazılarının kırıldığı gerçeğini görmezden gelirsek uyum sağlar. Bu sorun, şimdiye kadar bizden, tüm işbirlikçilerimizden ve tüm bilim camiasından kaçan bir deha hamlesine müsait.”
Referans: “RUBIES: JWST/NIRSpec ile Belirlenen Aday Büyük Galaksilerde z ∼ 7–8 Aralığında Genişletilmiş Oluşum Geçmişlerine Sahip Evrimleşmiş Yıldız Popülasyonları” Bingjie Wang, 冰洁 王, Joel Leja, Anna de Graaff, Gabriel B. Brammer, Andrea Weibel, Pieter van Dokkum, Josephine FW Baggen, Katherine A. Suess, Jenny E. Greene, Rachel Bezanson, Nikko J. Cleri, Michaela Hirschmann, Ivo Labbé, Jorryt Matthee, Ian McConachie, Rohan P. Naidu, Erica Nelson, Pascal A. Oesch, David J. Setton ve Christina C. Williams, 26 Haziran 2024, Astrofizik Dergisi Mektupları.
DOI: 10.3847/2041-8213/ad55f7
Wang ve Leja, NASA’nın Genel Gözlemciler programından fon aldı. Araştırma ayrıca Bern’deki Uluslararası Uzay Bilimleri Enstitüsü tarafından da desteklendi. Çalışma kısmen NASA/ESA/CSA James Webb Uzay Teleskobu ile yapılan gözlemlere dayanmaktadır. Araştırma için hesaplamalar Penn State’in Hesaplamalı ve Veri Bilimleri Enstitüsü’nün Roar süper bilgisayarında gerçekleştirildi.
Makalenin diğer ortak yazarları arasında Almanya’daki Max-Planck Astronomi Enstitüsü’nden Anna de Graaff; Kozmik Şafak Merkezi ve Niels Bohr Enstitüsü’nden Gabriel Brammer; Cenevre Üniversitesi’nden Andrea Weibel ve Pascal Oesch; Yale Üniversitesi; Stanford Üniversitesi’nden Ivo Labbé; Jorryt Matthee ve Jenny Greene Princeton Üniversitesi; Pittsburgh Üniversitesi’nden Ian McConachie ve Rachel Bezanson; Texas A&M Üniversitesi’nden Josephine Baggen; İsviçre’deki Observatoire de Sauverny’den Katherine Suess; Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nün Kavli Astrofizik ve Uzay Araştırmaları Enstitüsü’nden David Setton; Colorado Üniversitesi’nden Erica Nelson; ABD Ulusal Bilim Vakfı’nın Ulusal Optik-Kızılötesi Astronomi Araştırma Laboratuvarı ve Arizona Üniversitesi’nden Christina Williams.