Webb, uzak evrende şaşırtıcı bir kuasar-galaksi birleşmesini yakaladı

İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü (INAF) liderliğindeki ve dünya çapında 34 araştırma enstitüsü ve üniversiteden oluşan uluslararası bir araştırma grubu, James Webb Uzay Teleskobu’ndaki (JWST) Yakın Kızılötesi Spektrograf’ı (NIRSpec) kullanarak, PJ308-21 sistemi içindeki bir kuasar ile uzak evrendeki iki büyük uydu galaksi arasındaki dramatik etkileşime tanıklık etti.

Eylül 2022’de yapılan gözlemler, erken evrendeki galaksilerin büyümesine dair yeni bakış açıları sağlayan benzeri görülmemiş ve hayranlık uyandırıcı ayrıntıları ortaya çıkardı. Sonuçlar, 5 Temmuz’da Avrupa Astronomi Topluluğu’nda sunuldu (EAS2024) Padova’da (İtalya) yapılacak toplantı, yakında yayınlanacak içinde Astronomi ve Astrofizik.

Bu kuasarın gözlemleri (aynı yazarlar tarafından daha önce açıklanmıştır) başka bir çalışma Geçtiğimiz mayıs ayında yayımlanan ve evrenin yaşı bir milyar yıldan azken (kırmızıya kayma z = 6.2342) NIRSpec ile incelenen ilk çalışmalardan biri olan (Nisan ayında yayımlanan) yeni çalışma, sansasyonel nitelikte veriler ortaya koydu: cihaz, kuasarın spektrumunu piksel başına %1’den daha az bir belirsizlikle “yakalamıştı”.

PJ308–21’in ev sahibi galaksisi, aktif bir galaktik çekirdeğin (AGN) tipik özelliği olan yüksek metallik ve fotoiyonizasyon koşulları gösterirken, uydu galaksilerden biri düşük metallik (hidrojen ve helyumdan daha ağır kimyasal elementlerin bolluğuna işaret eder) ve yıldız oluşumuyla tetiklenen fotoiyonizasyon sergiler; daha yüksek bir metallik, kuasar tarafından kısmen fotoiyonize edilen ikinci uydu galaksiyi karakterize eder.

Keşif, gökbilimcilerin sistemin merkezindeki süper kütleli kara deliğin kütlesini (yaklaşık 2 milyar güneş kütlesi) belirlemesini sağladı. Ayrıca hem kuasarın hem de çevresindeki galaksilerin kütle ve metal zenginleştirmede oldukça gelişmiş olduğunu ve sürekli büyüme içinde olduğunu doğruladı.

Bu, kozmik tarih ve galaksilerin kimyasal evrimine ilişkin anlayışımız açısından derin sonuçlar doğuruyor ve bu araştırmanın dönüştürücü etkisini vurguluyor.

Bologna’daki INAF’ta araştırmacı ve makalenin baş yazarı olan Roberto Decarli, “Çalışmamız, hem yüksek kırmızıya kaymalı kuasarların merkezindeki kara deliklerin hem de bunlara ev sahipliği yapan galaksilerin, bu kaynakların oluştuğu zengin galaktik ortamın da yardımıyla, kozmik tarihin ilk bir milyar yılında son derece etkili ve çalkantılı bir büyüme geçirdiğini ortaya koyuyor.” şeklinde açıklıyor.

Veriler, JWST’nin ilk gözlem döngüsünün dokuz İtalyan liderliğindeki projesinden biri olan Program 1554’ün bir parçası olarak Eylül 2022’de elde edildi. Decarli, kuasarı (PJ308-21) barındıran galaksi ile iki uydu galaksisi arasındaki birleşmeyi gözlemlemek için bu programı yönetiyor.

Gözlemler integral alan spektroskopisi modunda gerçekleştirildi: her görüntü pikseli için, evrenin genişlemesiyle kızılötesine doğru kaydırılan tüm optik bandın (kaynak dinlenme çerçevesinde) spektrumu gözlemlenebilir. Bu, çeşitli gaz izleyicilerinin (emisyon çizgileri) 3B yaklaşım kullanılarak incelenmesine olanak tanır.

INAF liderliğindeki ekip, bu teknik sayesinde farklı elementlerden gelen uzaysal olarak genişlemiş emisyonları tespit etti ve bunları fotoiyonlaştırıcı radyasyon alanının kaynağı ve sertliği, metallik, toz karartması, elektron yoğunluğu ve sıcaklığı ve yıldız oluşum oranı gibi iyonize yıldızlar arası ortamın özelliklerini incelemek için kullandı.

Ayrıca araştırmacılar, eşlik eden kaynaklarla ilişkili yıldız ışığı emisyonunu sınırlı bir şekilde tespit ettiler.

INAF’ta çalışan astrofizikçi, araştırma görevlisi ve doktora sonrası araştırmacı Federica Loiacono, “NIRSpec sayesinde, ilk kez PJ308-21 sisteminde, kuasarı barındıran galaksideki kara deliğin yakınındaki gazın ve çevresindeki galaksilerin özelliklerine ilişkin değerli tanısal verilerle dolu optik bandı inceleyebiliyoruz” diyor.

“Örneğin hidrojen atomlarının emisyonunu görebiliyoruz ve bunu yıldızların ürettiği kimyasal elementlerle karşılaştırarak galaksilerdeki gazın metaller açısından ne kadar zengin olduğunu belirleyebiliyoruz.

“NIRSpec ile integral alan spektroskopisi modunda toplanan ilk verilerden bazıları olan bu verilerin azaltılması ve kalibre edilmesindeki deneyim, İtalyan topluluğuna diğer programlardan gelen benzer verileri yönetmede stratejik bir avantaj sağlamıştır.” Loiacono, INAF JWST Destek Merkezi’nde NIRSpec veri azaltımı için İtalyan irtibat kişisidir.

“James Webb Uzay Teleskobu’nun yakın ve orta kızılötesi duyarlılığı sayesinde, uzak evrendeki kuasar ve yoldaş galaksilerin spektrumunu benzeri görülmemiş bir hassasiyetle incelemek mümkün oldu. Sadece JWST’nin eşsiz yetenekleriyle sunduğu mükemmel ‘görüntü’ bu gözlemleri sağlayabilir.” diye ekliyor.

Decarli, çalışmanın gerçek bir “duygusal iniş çıkış” olduğunu ve “veri azaltmada başlangıçta karşılaşılan zorlukların üstesinden gelmek için yenilikçi çözümler geliştirme ihtiyacı” olduğunu söylüyor.

James Webb Uzay Teleskobu’nun yerleşik aletlerinin bu dönüştürücü etkisi, astrofizik araştırmalarının ilerlemesindeki önemli rolünün altını çiziyor.

“Birkaç yıl öncesine kadar, metallerin zenginleştirilmesine ilişkin veriler (galaksilerin kimyasal evrimini anlamak için olmazsa olmaz) neredeyse bizim erişimimizin ötesindeydi, özellikle de bu mesafelerde. Şimdi, evrenin başlangıç ​​aşamasında olduğu zamanlarda gözlemlenen galaksilerde bile, sadece birkaç saatlik gözlemle bunları ayrıntılı olarak haritalayabiliyoruz,” diye sonuca varıyor Decarli.