Erken evrende galaksi dönüşünün başlangıcını yakalamak

Teleskoplar daha gelişmiş ve güçlü hale geldikçe, gökbilimciler giderek daha uzak galaksileri tespit edebildiler. Bunlar, evren genişledikçe bizden uzaklaşmaya başlayan, evrenimizde oluşan en eski galaksilerden bazılarıdır. Aslında, mesafe ne kadar büyükse, bir galaksi bizden o kadar hızlı uzaklaşıyormuş gibi görünür. İlginç bir şekilde, bir galaksinin ne kadar hızlı hareket ettiğini ve ne zaman oluştuğunu, emisyonunun ne kadar “kırmızıya kaydığını” temel alarak tahmin edebiliriz. Bu, bir gözlemciden uzaklaşan nesnelerin, gözlemciye daha uzun dalga boylarına (dolayısıyla “kırmızıya kayma” terimi) doğru kaymış görünen ışığı yaydığı Doppler etkisi adı verilen bir olguya benzer.

Şili’deki Atacama Çölü’nün ortasında bulunan Atacama Büyük Milimetre/milimetre-altı Dizisi (ALMA) teleskopu, galaksi emisyonlarındaki bu tür kırmızıya kaymaları gözlemlemek için özellikle çok uygundur. Yakın zamanda, Japonya Waseda Üniversitesi’nden Profesör Akio Inoue ve yüksek lisans öğrencisi Tsuyoshi Tokuoka’nın da aralarında bulunduğu uluslararası araştırmacılardan oluşan bir ekip; Dr. Takuya Hashimoto, Japonya, Tsukuba Üniversitesi’nden; University College London’dan Profesör Richard S. Ellis; ve İngiltere, Cambridge Üniversitesi’nde araştırma görevlisi olan Dr. Nicolas Laporte, uzak bir gökada olan MACS1149-JD1’in (bundan sonra JD1) kırmızıya kaymış emisyonlarını gözlemledi ve bu onları bazı ilginç sonuçlara götürdü. Ellis, “Yüksek kırmızıya kayma, yani çok uzak galaksileri bulmanın ötesinde, gazların ve yıldızların iç hareketlerini incelemek, mümkün olan en erken evrende galaksi oluşum sürecini anlamak için motivasyon sağlıyor” diye açıklıyor. Çalışmalarının bulguları yayınlandı Astrofizik Dergi Mektupları.

Galaksi oluşumu gazın birikmesiyle başlar ve bu gazdan yıldızların oluşmasıyla devam eder. Zamanla, yıldız oluşumu merkezden dışa doğru ilerler, bir galaktik disk gelişir ve galaksi belirli bir şekil alır. Yıldız oluşumu devam ederken, dönen diskte daha yeni yıldızlar oluşurken, eski yıldızlar orta kısımda kalır. Yıldız nesnelerinin yaşını ve galaksideki yıldızların ve gazın hareketini inceleyerek galaksinin ulaştığı evrim aşamasını belirlemek mümkündür.

İki aylık bir süre boyunca bir dizi gözlem yürüten gökbilimciler, gökada içinde konumdan konuma “kırmızıya kayma”daki küçük farklılıkları başarılı bir şekilde ölçtüler ve JD1’in dönmenin hakim olduğu bir gökada kriterini karşıladığını buldular. Daha sonra, galaksiyi dönen bir disk olarak modellediler ve gözlemleri çok iyi bir şekilde yeniden ürettiğini buldular. Hesaplanan dönüş hızı saniyede yaklaşık 50 kilometreydi ve bu, Samanyolu diskinin saniyede 220 kilometrelik dönüş hızıyla karşılaştırıldı. Ekip ayrıca JD1’in çapını yalnızca 3.000 ışıkyılı ile ölçtü; bu, Samanyolu’nun 100.000 ışıkyılı çapındaki çapından çok daha küçük.

Sonuçlarının önemi, JD1’in en uzak ve bu nedenle, dönen bir gaz ve yıldız diskine sahip olan en eski kaynak olmasıdır. Araştırma literatüründeki daha yakın sistemlerin benzer ölçümleriyle birlikte, bu, ekibin kozmik tarihimizin %95’inden fazlasında dönen gökadaların kademeli gelişimini betimlemesine izin verdi.

Ayrıca, galaksinin dönüş hızından tahmin edilen kütle, daha önce galaksinin tayfsal imzasından tahmin edilen yıldız kütlesi ile aynı doğrultudaydı ve ağırlıklı olarak yaklaşık 300 milyon yıl önce oluşan “olgun” yıldızlardan geliyordu. Hashimoto, “Bu, JD1’deki yıldız popülasyonunun kozmik çağın daha da erken bir döneminde oluştuğunu gösteriyor” diyor.

Inoue, “JD1’in dönüş hızı, daha sonraki dönemlerdeki galaksilerde ve bizim galaksimizde bulunanlardan çok daha yavaştır ve JD1’in bir dönme hareketi geliştirmenin ilk aşamasında olması muhtemeldir” diyor. Yakın zamanda piyasaya sürülen James Webb Uzay Teleskobu ile gökbilimciler, galaksi oluşum senaryolarını doğrulamak ve güncellemek için galaksideki genç ve yaşlı yıldızların yerlerini belirlemeyi planlıyorlar.

Yeni keşifler kesinlikle ufukta.