James Webb Uzay Teleskobu’nu kullanan araştırmacılar, bir kuasarın uydu galaksilerle etkileşimini inceleyerek erken evren galaksi büyümesi, kara delik kütlesi ve kimyasal evrim hakkında kritik bilgiler ortaya çıkardılar. (Sanatçının konsepti.) Kaynak: SciTechDaily.com
Uluslararası bir araştırma grubu, James Webb Uzay Teleskobu Birbirleriyle dramatik etkileşime tanık olmak kuasar PJ308–21 sisteminin içinde ve uzak evrendeki iki büyük uydu galakside
Bu araştırma, galaksi oluşumu, süper kütleli kara deliklerin kütlesi ve büyümesi ve bu gök cisimlerinin kimyasal özellikleri hakkında önemli ayrıntıları ortaya çıkararak, kozmik tarihin anlaşılmasında önemli bir adım teşkil etti.
İtalyan Ulusal Astrofizik Enstitüsü (INAF) liderliğindeki ve dünya çapında 34 araştırma enstitüsü ve üniversiteden oluşan küresel bir ekip, James Webb Uzay Teleskobu’ndaki (JWST) Yakın Kızılötesi Spektrograf’ı (NIRSpec) kullanarak PJ308–21 sistemi içindeki bir kuasar ile uzak evrendeki iki büyük uydu galaksisi arasındaki dramatik etkileşime tanıklık etti. Eylül 2022’de gerçekleştirilen gözlemler, benzeri görülmemiş ve hayranlık uyandıran ayrıntıları ortaya çıkararak erken evrendeki galaksilerin büyümesine dair yeni bakış açıları sağladı. Sonuçlar, Padua’daki (İtalya) 2024 Avrupa Astronomi Topluluğu (EAS) toplantısında sunuldu ve 5 Temmuz’da yayınlandı Astronomi ve Astrofizik.
Kuasar ve Galaksi Dinamiklerinin Ortaya Çıkarılması
Bu kuasarın gözlemleri (aynı yazarlar tarafından geçen Mayıs ayında yayınlanan başka bir çalışmada zaten tanımlanmıştır)), evrenin yaşı bir milyar yıldan azken (kırmızıya kayma z = 6.2342) NIRSpec ile incelenen ilklerden biri olan, sansasyonel kalitede veriler ortaya koydu: cihaz, kuasarın spektrumunu piksel başına %1’den daha az bir belirsizlikle “yakaladı”. PJ308–21’in ev sahibi galaksisi, aktif bir galaktik çekirdeğin (AGN) tipik yüksek metallik ve fotoiyonizasyon koşullarını gösterirken, uydu galaksilerden biri düşük metallik (hidrojen ve helyumdan daha ağır kimyasal elementlerin bolluğunu ifade eder) ve yıldız oluşumuyla indüklenen fotoiyonizasyon sergiliyor; daha yüksek bir metallik, kuasar tarafından kısmen fotoiyonize edilen ikinci uydu galaksiyi karakterize ediyor.
PJ308-21 sisteminde hidrojenin (kırmızı ve mavi) ve oksijenin (yeşil) çizgi emisyon haritası, merkezi kuasardan gelen ışığı maskeledikten sonra gösterilmiştir (“QSO”). Bu haritada kuasarın ev sahibi galaksisinin ve yoldaş galaksilerinin farklı renkleri, içlerindeki gazın fiziksel özelliklerini ortaya koymaktadır. Kaynak: Decarli/INAF/A&A 2024
Kozmik Evrime İlişkin Görüşler
Keşif, gökbilimcilerin süper kütleli yıldızın kütlesini belirlemesine olanak sağladı Kara delik sistemin merkezinde (yaklaşık 2 milyar güneş kütlesi). Ayrıca hem kuasarın hem de çevresindeki galaksilerin kütle ve metal zenginleştirmede oldukça evrimleşmiş olduğunu ve sürekli büyüme içinde olduğunu doğruladı. Bu, kozmik tarih ve galaksilerin kimyasal evrimi anlayışımız için derin sonuçlar doğurarak bu araştırmanın dönüştürücü etkisini vurgulamaktadır.
Uzay Gözlemlerinde Teknik Gelişmeler
Bologna’daki INAF’ta araştırmacı ve makalenin baş yazarı olan Roberto Decarli şöyle açıklıyor: “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 verimli ve çalkantılı bir büyüme geçirdiğini ortaya koyuyor.”
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.
James Webb Uzay Teleskobu ile gözlemlenen PJ308-21 sistemindeki iyonize oksijen emisyonunun haritası. Her kare farklı bir hız aralığını gösteriyor. Animasyonda sistemin karmaşık üç boyutlu yapısını ve kuasarın etrafındaki uydu galaksilerinin “kozmik dansını” görüyoruz. Kaynak: Decarli/INAF/A&A 2024
James Webb Uzay Teleskobu ile Astrofiziği Geliştirmek
Gözlemler integral alan spektroskopisi modunda gerçekleştirildi: her görüntü pikseli için, tüm optik bandın spektrumu (kaynak dinlenme çerçevesinde) gözlemlenebilir, evrenin genişlemesiyle kızılötesine doğru kaydırılır. Bu, 3B yaklaşım kullanılarak çeşitli gaz izleyicilerinin (emisyon çizgileri) incelenmesine olanak tanır. Bu teknik sayesinde, INAF liderliğindeki ekip, fotoiyonlaştırıcı radyasyon alanının kaynağı ve sertliği, metallik, toz karartması, elektron yoğunluğu ve sıcaklığı ve yıldız oluşum oranı dahil olmak üzere iyonize yıldızlararası ortamın özelliklerini incelemek için kullanılan farklı elementlerden uzaysal olarak genişletilmiş emisyonlar tespit etti. Dahası, araştırmacılar eşlik eden kaynaklarla ilişkili yıldız ışığı emisyonunu marjinal olarak tespit ettiler.
INAF’ta çalışan astrofizikçi, araştırma görevlisi ve doktora sonrası araştırmacı Federica Loiacono, sonuçlar hakkında coşkuyla yorum yapıyor: “NIRSpec sayesinde, ilk kez PJ308-21 sisteminde, kuasarı barındıran galaksideki kara deliğin yakınındaki gazın ve çevresindeki galaksilerin özelliklerine ilişkin değerli tanısal verilerle zengin optik bandı inceleyebiliyoruz. Örneğin, hidrojen atomlarının emisyonunu görebiliyor ve bunu yıldızların ürettiği kimyasal elementlerle karşılaştırarak galaksilerdeki gazın metaller açısından ne kadar zengin olduğunu belirleyebiliyoruz. Bu verileri azaltma ve kalibre etme deneyimi, bazıları NIRSpec ile integral alan spektroskopisi modunda toplanan ilk verilerden bazıları, İtalyan topluluğuna diğer programlardan gelen benzer verileri yönetmede stratejik bir avantaj sağladı.” Federica Loiacono, INAF JWST Destek Merkezi’nde NIRSpec veri azaltma için İtalyan irtibat kişisidir.
Gelecekteki Yönler ve Etkileri
Şöyle ekliyor: “James Webb Uzay Teleskobu’nun yakın ve orta kızılötesi duyarlılığı sayesinde, uzak evrende kuasar ve yoldaş galaksilerin spektrumunu benzeri görülmemiş bir hassasiyetle incelemek mümkün oldu. Sadece JWST’nin eşsiz yetenekleriyle sunduğu mükemmel ‘görüntü’ bu gözlemleri sağlayabilir.” Decarli, çalışmanın gerçek bir “duygusal iniş çıkış” olduğunu, “veri azaltmadaki ilk zorlukların üstesinden gelmek için yenilikçi çözümler geliştirme ihtiyacı” olduğunu söylüyor.
James Webb Uzay Teleskobu’nun yerleşik araçlarının bu dönüştürücü etkisi, astrofizik araştırmalarını ilerletmedeki önemli rolünün altını çiziyor: “Birkaç yıl öncesine kadar, metallerin zenginleştirilmesine ilişkin veriler (galaksilerin kimyasal evrimini anlamak için elzemdir) 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 sonlandırıyor Decarli.
Referans: “z~6.2’de bir kuasar-galaksi birleşmesi: İki büyük uydu galaksinin birikmesiyle hızlı konak büyümesi” Roberto Decarli, Federica Loiacono, Emanuele Paolo Farina, Massimo Dotti, Alessandro Lupi, A. Romain Meyer, Marco Mignoli, Antonio Pensabene, A. Michael Strauss, Bram Venemans, Jinyi Yang, Fabian Walter ve Julien Wolf, 2 Temmuz 2024, Astronomi ve Astrofizik.
DOI: 10.1051/0004-6361/202449239