Kadim kuasarların ışığında 13 milyar yıllık tarihin izini sürmek

Avustralya’daki astrofizikçiler, antik galaksileri çevreleyen gazlardaki karbon yoğunluğunu ölçerek, evrenin 13 milyar yıl önceki durumuna yeni bir ışık tuttu.

yayınlanan çalışma, Royal Astronomical Society’nin Aylık Bildirimlerievrenin tarihi bulmacasına bir parça daha ekliyor.

ASTRO 3D’den Dr. Rebecca Davies, “Ilık gazdaki karbon oranının yaklaşık 13 milyar yıl önce hızla arttığını bulduk; Avustralya, Swinburne Teknoloji Üniversitesi’nde Doktora Sonrası Araştırma Görevlisi ve keşfi açıklayan makalenin baş yazarı.

Çalışma, sıcak karbon miktarının yalnızca 300 milyon yıllık bir süre içinde aniden beş kat arttığını gösteriyor – astronomik zaman ölçeklerinde göz açıp kapayıncaya kadar.

Önceki çalışmalar sıcak karbonda bir artış olduğunu öne sürse de, bu büyümenin oranını doğru bir şekilde ölçmek için istatistik sağlamak üzere çok daha büyük örneklere ihtiyaç duyuldu – yeni çalışmanın temeli -.

Davies, “Burada yaptığımız şey buydu. Bu nedenle, bu hızlı evrimin iki olası yorumunu sunuyoruz” diyor.

Birincisi, evrende daha fazla karbon olduğu için galaksilerin etrafındaki karbonda başlangıçta bir artış olduğudur.

Davies, “İlk yıldızların ve galaksilerin oluştuğu dönemde, pek çok ağır element oluşuyor çünkü yıldızlardan önce hiç karbonumuz yoktu” diyor Dr. “Ve bu hızlı yükselişin olası bir nedeni, yıldızların ilk nesillerinin ürünlerini görüyor olmamızdır.”

Bununla birlikte çalışma, aynı dönemde soğuk karbon miktarının azaldığına dair kanıtlar da buldu. Bu, karbonun evriminde iki farklı aşama olabileceğini düşündürür – yeniden iyonlaşma meydana gelirken hızlı bir artış ve ardından düzleşme.

Evren “sadece” bir milyar yaşındayken meydana gelen Yeniden İyonlaşma Çağı, Büyük Patlama’yı takip eden kozmik Karanlık Çağ’ın ardından ışıkların yeniden yandığı dönemdi.

Bundan önce evren karanlık, yoğun bir gaz sisiydi. Ancak ilk büyük yıldızlar oluştuğunda, ışıkları uzayda parlamaya ve kozmosu yeniden iyonlaştırmaya başladı. Bu ışık, çevredeki gazın hızla ısınmasına ve bu çalışmada gözlemlenen sıcak karbonun yükselmesine neden olmuş olabilir.

Yeniden iyonlaşma çalışmaları, ilk yıldızların ne zaman ve nasıl oluştuğunu ve bugün var olan elementleri üretmeye başladığını anlamak için hayati önem taşıyor. Ancak ölçümler herkesin bildiği gibi zor olmuştur.

İtalyan Enstitüsü’nden Dr. Valentina D’Odorico, “Dr. Davies liderliğindeki araştırma, Şili’deki Avrupa Güney Gözlemevi’ndeki Çok Büyük Teleskop (VLT) üzerinde 250 saatlik gözlemler sırasında elde edilen istisnai bir veri örneğine dayanıyordu” diyor. Astrofizik için, gözlemsel programın Baş Araştırmacısı. “Bu, X-shooter spektrografı ile yürütülen tek bir projeye tahsis edilen en büyük gözlem süresidir.

“8m VLT sayesinde, erken evrenden Dünya’ya giden yol boyunca galaksileri aydınlatan fenerler gibi davranan en uzak kuasarlardan bazılarını gözlemleyebildik.”

Kuasar ışığı, evrendeki 13 milyar yıllık yolculuğunda galaksilerden geçerken, bazı fotonlar emilerek ışıkta, galaksilerdeki gazın kimyasal bileşimini ve sıcaklığını belirlemek için analiz edilebilen belirgin barkod benzeri desenler oluşturur. .

Bu, evrenin gelişiminin tarihsel bir resmini verir.

Davies, “Bu ‘barkodlar’, VLT’nin X-Shooter spektrografındaki dedektörler tarafından yakalanıyor” diye açıklıyor. “Bu alet, ışığı bir prizmadan geçirmek gibi, galaksi ışığını farklı dalga boylarına bölerek barkodları okumamıza ve her galaksinin özelliklerini ölçmemize olanak tanıyor.”

Dr. Davies liderliğindeki çalışma, eski galaksilerin her zamankinden daha fazla barkodunu yakaladı.

Dr. D’Odorico, “Yüksek kaliteli verilere sahip olduğumuz kuasar sayısını 12’den 42’ye çıkardık ve sonunda karbon yoğunluğunun gelişiminin ayrıntılı ve doğru bir şekilde ölçülmesini sağladık” diyor.

Bu büyük ilerleme, Dünya üzerindeki en gelişmiş teleskoplardan biri ve Avustralya’nın stratejik ortağı olan ESO VLT tarafından sağlandı.

ARC Center of Excellence for All Sky Astrophysics’in Baş Araştırmacısı Profesör Emma Ryan-Weber, “Çalışma, 30m sınıfı teleskoplar bu on yılın sonuna doğru çevrimiçi olana kadar önemli ölçüde iyileştirilmeyecek olan eski bir veri seti sağlıyor” diyor. 3 Boyut (ASTRO 3D) ve çalışmanın ikinci yazarı. “Evrenin daha da erken dönemlerine ait yüksek kaliteli veriler, şu anda Şili’de yapım aşamasında olan Son Derece Büyük Teleskop (ELT) gibi teleskoplara erişim gerektirecektir.”

Gökbilimciler, evrenin tarihini oluşturmak için birçok farklı türde veri kullanıyorlar.

Davies, “Sonuçlarımız, galaksiler arası uzaydaki nötr hidrojen miktarının aynı zamanlarda hızla azaldığını gösteren son çalışmalarla tutarlıdır” diyor.

“Bu araştırma aynı zamanda, evren tarihinin bu önemli aşamasında nötr hidrojenden gelen emisyonu doğrudan tespit etmeyi amaçlayan Kilometre Kare Dizisi (SKA) ile gelecekteki araştırmaların yolunu açıyor.”

Profesör Ryan-Weber, araştırmanın ASTRO 3D’nin Big Bang’den günümüze elementlerin evrimini anlama misyonunun kalbine indiğini söylüyor: “Bu ana hedefe hitap ediyor: Yaşamın yapı taşları – bu durumda karbon – nasıl oldu? evrende çoğalmak mı?

“İnsanlar olarak ‘Nereden geldik?’ Bu 13 milyar yıllık karbon atomlarının barkodunun, bir zamanlar fotonların üzerine basıldığını düşünmek inanılmaz. […] Dünya bile yoktu. Bu fotonlar evren boyunca seyahat ederek VLT’ye ulaştı ve ardından evrenin evriminin bir resmini geliştirmek için kullanıldı.”