“Kozmik Deniz Fenerleri” – Webb, Evrenin İlk Işığının Sırlarını Açıyor

Çığır açan JWST gözlemleri, düşük kütleli gökadaların erken evrenin yeniden iyonlaşmasındaki önemli rolünü ortaya koyuyor ve mevcut kozmik evrim teorilerine meydan okuyor.

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’ndan (JWST) elde edilen verilerle çalışan bilim insanları, evrendeki en eski yıldız ışıklarından bazılarının ilk tam spektrumunu elde etti. Görüntüler, Büyük Patlama’dan bir milyar yıldan daha kısa bir süre sonra oluşmuş, çok düşük kütleli, yeni doğmuş galaksilerin şimdiye kadarki en net resmini sunuyor ve minik galaksilerin kozmik köken öyküsünün merkezinde yer aldığını öne sürüyor.

İki Penn State astrofizikçisinin de aralarında bulunduğu uluslararası araştırma ekibi, sonuçlarını yakın zamanda dergide yayınladı. Doğa. Tayflar, evrende yeniden iyonlaşma olarak bilinen ve en eski yıldızların ve galaksilerin gelişiyle desteklenen bir dönemden gelen ilk görünür ışığın bir kısmını ortaya koyuyor.

NASA’nın James Webb Uzay Teleskobu’ndan alınan derin alan görüntüleri, araştırmacıların evrenin yeniden iyonlaşmasını tetikleyen nesneler için güçlü adaylar olarak tanımladığı aşırı sönük gökadalara ilk bakışları sağladı. Kredi bilgileri: Hakim Atek/Sorbonne Üniversitesi/JWST

İlkel Evren: Karanlıktan Aydınlığa Geçiş

Penn State’de astronomi ve astrofizik profesörü ve makalenin yazarı Joel Leja, evrendeki normal maddenin neredeyse tamamen hidrojen ve helyum çekirdeklerinden oluşan sıcak, yoğun bir sis olarak başladığını açıkladı. Genişledikçe ve soğudukça yalnız protonlar ve elektronlar bağlanmaya başladı ve ilk kez nötr hidrojen oluştu. Daha sonra kabaca 500 ila 900 milyon yıl sonra Büyük patlamaEvrenin erken dönemlerinde baskın olan nötr hidrojen yeniden iyonize gaza ayrılmaya başladı, yıldızların ve galaksilerin oluşumunu teşvik etti ve ilksel sisi kaldırarak ışığın kozmosta ilk kez engellenmeden seyahat edebilmesini sağladı.

Leja, “Galaksiler arası boşluğa çok yüksek enerjili fotonlar pompalamaya başlayan bir şey açıldı” dedi. “Bu kaynaklar, nötr hidrojen sisini yakan kozmik deniz fenerleri gibi çalıştı. Bu her ne idiyse, o kadar enerjik ve o kadar kalıcıydı ki, tüm evren yeniden iyonize oldu.”

Galaktik Öncüler: Düşük Kütleli Galaksilerin Rolü

Genç, düşük kütleli galaksilerin spektrumlarını analiz eden bilim insanları, küçük galaksilerin, etraflarındaki yoğun ilksel gazı ısıtarak ve bir zamanlar nötr olan hidrojeni iyonlaştırarak evrenin yeniden iyonlaşmasını tetikleyen “bir şey” için güçlü adaylar olduğunu gösterdi.

Leja, “Evrendeki diğer düşük kütleli galaksiler de bunlar kadar yaygın ve enerjikse, sonunda kozmik sisi yakan deniz fenerlerini anladığımızı düşünüyoruz” dedi. “Onlar pek çok küçük küçük galaksideki inanılmaz derecede enerjik yıldızlardı.”

Leja, erken evrendeki galaksilerin çoğunluğunun nispeten küçük olmasının beklendiğini, bu durumun da onların frekanslarını ve özelliklerini incelemeyi son derece zorlaştırdığını ekledi. JWST duyarlılığı ve Abell 2744 kümesinin (kozmik büyüteçler gibi davranan, uzayı çarpıtan ve arka plandaki gökadaların ışığını güçlendiren yakın gökadalar) yerçekimsel mercek etkisinin benzersiz birleşiminin mümkün kıldığı teknolojik başarı sayesinde, artık gökadaları belirlemek mümkün. Evrenin ilk milyar yılı boyunca küçük galaksilerin bolluğu ve iyonlaştırıcı özellikleri.

Sorbonne Üniversitesi’nden astrofizikçi, Paris Astrofizik Enstitüsü araştırmacısı ve makalenin ilk yazarı Hakim Atek, bir bildirisinde şunları söyledi: “Evrenin yeniden iyonlaştığı bu çağda, küçük galaksilerin büyük galaksilerden yaklaşık yüz kat daha fazla olduğunu bulduk.” “Bu yeni gözlemler aynı zamanda bu küçük galaksilerin, genellikle uzak galaksiler için varsayılan kanonik değerlerin dört katını aşan önemli miktarda iyonlaştırıcı foton ürettiğini de ortaya koyuyor. Bu, bu galaksiler tarafından yayılan iyonlaştırıcı fotonların toplam akışının, yeniden iyonlaşma için gereken eşiği çok aştığı anlamına geliyor.”

Kozmik Evrimin Tablosunu Çizmek: Gelecek Yönler

Penn State ekibi, daha küçük, daha uzak gökadaları mercek altına alan ön plandaki büyük gökada kümesini hedef alan UNCOVER araştırmasının modellemesine öncülük etti. Penn State araştırmacıları, nesne özelliklerinin yanı sıra olası kütleleri ve mesafelerini anlamak için anketteki tüm küçük ışık noktalarını analiz etti. Leja, bu analizin daha sonra bu keşfi yönlendiren daha ayrıntılı JWST gözlemlerine rehberlik etmek için kullanıldığını açıkladı.

Bu bulgulardan önce, süper kütleli kara delikler gibi kozmik yeniden iyonlaşmadan sorumlu diğer kaynakları tanımlayan çok sayıda hipotez vardı; bir milyar güneş kütlesini aşan kütlelere sahip büyük galaksiler; ve kütlesi 1 milyar güneş kütlesinden az olan küçük galaksiler. Araştırmacılar, düşük parlaklıkları göz önüne alındığında, düşük kütleli gökadalarla ilgili hipotezin doğrulanmasının özellikle zor olduğunu ancak yeni bulguların, düşük kütleli gökadaların evrenin yeniden iyonlaşmasında merkezi bir rol oynadığına dair bugüne kadarki en açık kanıtı sunduğunu söyledi.

Araştırmacılar şimdi, analiz ettikleri belirli konumun evrendeki galaksilerin ortalama dağılımını temsil ettiğini doğrulamak için çalışmayı daha büyük bir ölçeğe genişletmek istiyorlar. Yeniden iyonlaşma sürecinin ötesinde, onların gözlemleri erken yıldız oluşumu sürecine, galaksilerin ilksel gazdan nasıl ortaya çıktıklarına ve bugün bildiğimiz evrene nasıl dönüştüklerine dair bilgiler sağlıyor.

Referans: Hakim Atek, Ivo Labbé, Lukas J. Furtak, Iryna Chemerynska, Seiji Fujimoto, David J. Setton, Tim B. Miller, Pascal Oesch, Rachel Bezanson, “Evreni yeniden iyonlaştıran fotonların çoğu cüce galaksilerden geldi”, Sedona H. Price, Pratika Dayal, Adi Zitrin, Vasily Kokorev, John R. Weaver, Gabriel Brammer, Pieter van Dokkum, Christina C. Williams, Sam E. Cutler, Robert Feldmann, Yoshinobu Fudamoto, Jenny E. Greene, Joel Leja, Michael V. Maseda, Adam Muzzin, Richard Pan, Casey Papovich, Erica J. Nelson, Themiya Nanayakkara, Daniel P. Stark, Mauro Stefanon, Katherine A. Suess, Bingjie Wang ve Katherine E. Whitaker, 28 Şubat 2024, Doğa.
DOI: 10.1038/s41586-024-07043-6

Astrofizik alanında doktora sonrası araştırmacı olan Bingjie Wang, çalışmanın diğer Penn State ortak yazarıdır. Yayınlanan makalede yazarların ve ilgili kurumların tam listesi mevcuttur. Araştırmacılar, CNES, Ulusal Kozmoloji ve Galaksiler Programı, CEA, Kozmik Şafak Merkezi, Danimarka Ulusal Araştırma Vakfı, Avustralya Araştırma Konseyi, NOW, Avrupa Komisyonu ve Groningen Üniversitesi’nin Ortak Fonu Rosalind Franklin programından sağlanan fon ve desteği kabul ediyorlar. , Amerika Birleşik Devletleri-İsrail İkili Bilim Vakfı, ABD Ulusal Bilim Vakfı (NSF), Bilim ve Teknoloji Bakanlığı, İsrail ve NOIRLabNSF ile yapılan işbirliği anlaşması kapsamında Astronomi Araştırma Üniversiteleri Birliği tarafından yönetilmektedir.