Erken evrende gözlemlenen ‘içten dışa’ galaksi büyümesi

Gökbilimciler, Büyük Patlama’dan yalnızca 700 milyon yıl sonra, erken evrendeki bir galaksinin “içten dışa” büyümesini gözlemlemek için NASA/ESA James Webb Uzay Teleskobu’nu (JWST) kullandılar.

Bu galaksi Samanyolu’ndan yüz kat daha küçüktür, ancak evrenin bu kadar erken bir döneminde şaşırtıcı derecede olgunlaşmıştır. Büyük bir şehir gibi, bu galaksinin merkezinde de yoğun bir yıldız koleksiyonu var ama galaktik “banliyölerde” yoğunluğu azalıyor. Ve büyük bir şehir gibi, bu galaksi de kenarlarında yıldız oluşumunun hızlanmasıyla birlikte yayılmaya başlıyor.

Bu, içten dışa galaktik büyümenin şimdiye kadarki en erken tespitidir. Webb’e kadar galaksilerin büyümesini evrenin tarihinde bu kadar erken bir dönemde incelemek mümkün olmamıştı.

Webb ile elde edilen görüntüler zamanın anlık görüntüsünü temsil etse de, Cambridge Üniversitesi liderliğindeki araştırmacılar, benzer galaksileri incelemenin, onların gaz bulutlarından bugün gözlemlediğimiz karmaşık yapılara nasıl dönüştüklerini anlamamıza yardımcı olabileceğini söylüyor. sonuçlar dergide rapor edilir Doğa Astronomi.

Cambridge Cavendish Laboratuvarı’ndan eşbaşkan yazar Dr. Sandro Tacchella, “Galaksilerin kozmik zaman içinde nasıl evrimleştiği sorusu astrofizikte önemli bir sorudur” dedi.

“Son on milyon yıldır ve evrenin bizim köşemizdeki galaksiler için pek çok mükemmel veriye sahiptik; ancak şimdi Webb sayesinde, zamanda milyarlarca yıl öncesinden gözlemsel veriler elde edebiliyoruz ve kozmik evrenin ilk milyar yılını inceleyebiliyoruz.” her türlü yeni soruyu açan tarih.”

Bugün gözlemlediğimiz galaksiler iki ana mekanizma aracılığıyla büyüyor: ya yeni yıldızlar oluşturmak için gaz çekiyorlar ya da biriktiriyorlar ya da daha küçük galaksilerle birleşerek büyüyorlar. Evrenin erken dönemlerinde farklı mekanizmaların iş başında olup olmadığı, gökbilimcilerin Webb ile birlikte ele almayı umdukları açık bir sorudur.

Tacchella, “Galaksilerin, gaz bulutlarının kendi yerçekimi altında çökerek çok yoğun yıldız çekirdekleri ve muhtemelen kara delikler oluşturmasıyla küçük başlamasını beklersiniz” dedi.

“Galaksi büyüdükçe ve yıldız oluşumu arttıkça, bu bir nevi dönen bir artistik patenciye benziyor: patenci kollarını çektiğinde momentum kazanıyor ve giderek daha hızlı dönüyorlar. Galaksiler biraz benzer; daha büyük ve daha büyük gökadalardan daha sonra gaz birikmesiyle galaksiler bir bakıma benzer. daha büyük mesafeler galaksiyi yukarı doğru döndürür, bu yüzden sıklıkla spiral veya disk şekilleri oluştururlar.”

Bir parçası olarak gözlemlenen bu galaksi JADELER (JWST Gelişmiş Galaksi Dışı Araştırma) işbirliği, erken evrende aktif olarak yıldızlar oluşturuyor. Nispeten genç yaşına rağmen, 1000 kat daha fazla yıldıza sahip günümüzün büyük eliptik galaksileriyle benzer yoğunlukta olan oldukça yoğun bir çekirdeğe sahiptir. Yıldız oluşumunun büyük bir kısmı çekirdekten daha uzakta gerçekleşiyor; yıldız oluşturan bir ‘küme’ ise daha da dışarıda gerçekleşiyor.

Yıldız oluşumu yayıldıkça ve galaksi boyut olarak büyüdükçe, yıldız oluşum aktivitesi kenar bölgelere doğru güçlü bir şekilde artıyor. Bu tür bir büyüme teorik modellerle öngörülmüştü ancak Webb ile artık bunu gözlemlemek mümkün.

Araştırmanın ortak yazarlarından Ph.D. William Baker, “Webb’in gökbilimciler olarak bizler için bu kadar dönüşümcü olmasının birçok nedeninden biri, artık daha önce modelleme yoluyla tahmin edilenleri gözlemleyebilmemizdir” dedi. Cavendish’te öğrenci. “Ödevinizi kontrol edebilmek gibi.”

Araştırmacılar, Webb’i kullanarak galaksinin farklı dalga boylarında yaydığı ışıktan bilgi çıkardılar ve daha sonra bu bilgiyi, yıldız kütlesi ve yıldız oluşum hızı tahminine dönüştürülen yaşlı yıldızlara karşı genç yıldızların sayısını tahmin etmek için kullandılar.

Galaksi çok kompakt olduğundan, galaksinin bireysel görüntüleri, araçsal etkileri hesaba katmak için “ileriye doğru modellendi”. Araştırmacılar, gaz emisyonu ve toz emilimi için talimatlar içeren yıldız popülasyonu modellemesini kullanarak, çekirdekte daha yaşlı yıldızlar bulurken, çevredeki disk bileşeni çok aktif yıldız oluşumundan geçiyor.

Bu galaksi dış bölgelerdeki yıldız kütlesini kabaca her 10 milyon yılda bir ikiye katlıyor ki bu çok hızlıdır: Samanyolu galaksisi kütlesini yalnızca her 10 milyar yılda bir ikiye katlar.

Galaktik çekirdeğin yoğunluğu ve yüksek yıldız oluşum oranı, bu genç galaksinin yeni yıldızlar oluşturmak için ihtiyaç duyduğu gaz açısından zengin olduğunu ve evrenin erken dönemlerindeki farklı koşulları yansıtabileceğini gösteriyor.

Tacchella, “Tabii ki bu sadece bir galaksi, dolayısıyla diğer galaksilerin o dönemde ne yaptığını bilmemiz gerekiyor” dedi.

“Tüm galaksiler bunun gibi miydi? Şimdi diğer galaksilerden gelen benzer verileri analiz ediyoruz. Kozmik zaman boyunca farklı galaksilere bakarak, büyüme döngüsünü yeniden inşa edebilir ve galaksilerin bugünkü nihai boyutlarına nasıl büyüdüğünü gösterebiliriz.”