Erken evrendeki ‘karanlık çağları’ ne sona erdirdi? Yeni Webb verileri bizi gizemi çözmeye daha da yaklaştırdı

Büyük Patlama’dan yaklaşık 400.000 yıl sonra evren çok karanlık bir yerdi. Evrenin patlayıcı doğumunun parıltısı soğumuştu ve uzay, hiçbir ışık kaynağı olmayan yoğun gazla (çoğunlukla hidrojen) doluydu.

Yavaş yavaş, yüz milyonlarca yıl boyunca, gaz yerçekimi tarafından kümeler halinde çekildi ve sonunda kümeler tutuşacak kadar büyüdü. Bunlar ilk yıldızlardı.

İlk başta ışıkları çok uzağa gitmiyordu, çünkü büyük bir kısmı hidrojen gazı sisi tarafından emiliyordu. Bununla birlikte, giderek daha fazla yıldız oluştukça, gazı “yeniden iyonlaştırarak” sisi yakmaya yetecek kadar ışık ürettiler; bu da bugün gördüğümüz parlak ışık noktalarıyla noktalı şeffaf evreni yarattı.

Peki karanlık çağları sona erdiren ve “yeniden iyonlaşma çağını” tetikleyen ışığı tam olarak hangi yıldızlar üretti? İçinde Nature’da yayınlanan araştırmabu zamanın soluk kalıntılarına bakmak için devasa bir gökada kümesini büyüteç olarak kullandık ve bu kozmik ölçekli dönüşümden muhtemelen küçük, sönük cüce gökadalardaki yıldızların sorumlu olduğunu keşfettik.

Karanlık çağları ne sonlandırdı?

Çoğu gökbilimci, evreni yeniden iyonlaştıran ana gücün galaksiler olduğu konusunda zaten hemfikirdi, ancak bunu nasıl yaptıkları belli değildi. Galaksilerdeki yıldızların çok fazla iyonlaştırıcı foton üretmesi gerektiğini biliyoruz, ancak bu fotonların galaksiler arasındaki boşluktaki hidrojeni iyonize etmek için kendi galaksilerindeki toz ve gazdan kaçmaları gerekiyor.

Ne tür galaksilerin bu işi yapmaya yetecek kadar foton üretip yayabileceği henüz belli değil. (Ve aslında büyük kara delikler gibi daha egzotik nesnelerin sorumlu olabileceğini düşünenler de var.)

Galaksi teorisinin taraftarları arasında iki kamp var.

İlki, iyonlaştırıcı fotonları büyük, devasa galaksilerin ürettiğini düşünüyor. Evrenin erken dönemlerinde bu galaksilerden çok fazla yoktu ama her biri çok fazla ışık üretiyordu. Yani eğer bu ışığın belirli bir kısmı kaçmayı başarsaydı, bu, evreni yeniden iyonlaştırmaya yeterli olabilirdi.

İkinci görüş, dev galaksileri göz ardı etmemizin ve erken evrendeki çok sayıda çok daha küçük galaksilere odaklanmamızın daha iyi olacağını düşünüyor. Bunların her biri çok daha az iyonlaştırıcı ışık üretebilirdi, ancak sayılarının ağırlığıyla yeniden iyonlaşma çağını başlatabilirlerdi.

4 milyon ışık yılı genişliğinde bir büyüteç

Erken evrendeki herhangi bir şeye bakmaya çalışmak çok zordur. Büyük galaksiler nadirdir, dolayısıyla onları bulmak zordur. Küçük galaksiler daha yaygındır, ancak çok sönüktürler, bu da yüksek kaliteli veri elde etmeyi zorlaştırır (ve pahalıdır).

Etraftaki en sönük gökadalardan bazılarına bakmak istedik, bu nedenle Pandora Kümesi adı verilen devasa bir gökada grubunu büyüteç olarak kullandık. Kümenin devasa kütlesi, uzayı ve zamanı bozarak arkasındaki nesnelerden gelen ışığı güçlendiriyor.

Bir parçası olarak KEŞFET programıPandora Kümesi’nin arkasındaki soluk gökadaların büyütülmüş kızılötesi görüntülerine bakmak için James Webb Uzay Teleskobu’nu kullandık.

Önce birçok farklı galaksiye baktık, sonra daha yakından incelemek için özellikle uzak (ve dolayısıyla eski) birkaç galaksiyi seçtik. (Bu tür bir yakından inceleme pahalı olduğundan yalnızca sekiz galaksiye daha detaylı bakabildik.)

Hidrojenin parlak parıltısı

O dönemde Samanyolu galaksimizin parlaklığının yaklaşık %0,5’i kadar olan bazı kaynakları seçtik ve onları iyonize hidrojenin işaret eden parıltısı açısından kontrol ettik. Bu galaksiler o kadar sönük ki, ancak Pandora Kümesi’nin büyütme etkisi sayesinde görülebiliyorlar.

Gözlemlerimiz bu küçük galaksilerin evrenin çok erken dönemlerinde var olduğunu doğruladı. Dahası, “normal” olarak kabul ettiğimizden yaklaşık dört kat daha fazla iyonlaştırıcı ışık ürettiklerini doğruladık. Bu, erken yıldızların nasıl oluştuğuna dair anlayışımıza dayanarak öngördüğümüz şeyin en yüksek noktasıdır.

Bu galaksiler çok fazla iyonlaştırıcı ışık ürettiğinden, evreni yeniden iyonlaştırmak için bunun yalnızca küçük bir kısmının kaçması gerekecekti.

Daha önce, iyonlaştırıcı fotonların yaklaşık %20’sinin, eğer yeniden iyonlaşmaya baskın katkı yapacaklarsa, bu küçük galaksilerden kaçmaları gerektiğini düşünmüştük. Yeni verilerimiz %5’in bile yeterli olacağını gösteriyor; bu da modern galaksilerden kaçtığını gördüğümüz iyonlaştırıcı fotonların oranıyla ilgili.

Dolayısıyla artık bu küçük galaksilerin yeniden iyonlaşma çağında çok büyük bir rol oynayabileceğini rahatlıkla söyleyebiliriz. Ancak çalışmamız, hepsi tek bir görüş hattına yakın olan yalnızca sekiz galaksiyi temel alıyordu. Sonuçlarımızı doğrulamak için gökyüzünün farklı bölgelerine bakmamız gerekecek.

Test edilecek daha fazla büyütülmüş, sönük galaksileri bulmak için evrenin başka yerlerindeki diğer büyük galaksi kümelerini hedef alacak yeni gözlemlerimiz planlandı. Her şey yolunda giderse birkaç yıl içinde bazı cevapları alacağız.

Bu makale şuradan yeniden yayınlanmıştır: Konuşma Creative Commons lisansı altındadır. Okumak orijinal makale.