Astronomi</ alanında önemli bir gelişme olarak, Atacama Büyük Milimetre/Alt Milimetre Dizisi (ALMA), çok uzak ve çok eski bir galaksi olan JADES-GS-z14-0’da oksijen izleri keşfetti. Bu galaksinin ışığı, dünyaya ulaşmak için 13.4 milyar yıl yol kat etti. Işık, evrenin 300 milyon yıldan daha genç bir döneminde yola çıktı; bu dönem, daha önce ağır elementlerin, özellikle de oksijenin, bol olmasının mümkün olduğu bir dönem olarak düşünülmemekteydi.
Hollanda’daki Leiden Gözlemevi’nden astronom Sander Schouws, ölçümlerin yapıldığı iki uluslararası ekipten birinin liderliğini üstlendi.
Oksijenin Önemi
İlk nesil yıldızlar, çekirdeklerinde helyumdan daha ağır elementler üretti ve bu elementleri şiddetli ölümleri sonrasında yayarak sonraki yıldızları metallerle besledi. Oksijen, 88 mikronluk ince yapı çizgisi sayesinde tozdan kaçabilen ve zaman içinde tespit edilebilir bir izleyicidir. Bu kadar erken bir dönemde evrende oksijenin tespit edilmesi, JADES-GS-z14-0 içinde en az iki yıldız neslinin yaşayıp öldüğünü gösteriyor. Bu durum, geleneksel kimyasal evrim modellerini sıkıştırarak, böyle bir zenginleşmenin beklenebileceğinden yüzlerce milyon yıl daha erken gerçekleştiğini ortaya koyuyor.
Kırmızı kayma 10’da hızlı bir birikim olduğuna dair gözlemsel ipuçları ortaya çıkmıştı, ancak kesin kanıt ALMA’nın hassasiyetine bağlıydı. ALMA’nın uzak infrared’e ulaşımı nihayetinde kesin sinyali sağladı.
ALMA’nın Gördüğü
ALMA, galaksinin ışığındaki belirgin bir oksijen sinyalini tespit etti; bu da bunun gerçek olduğundan emin olmalarını sağladı. Bu durum, astronomların mesafeyi dikkat çekici bir doğrulukla belirlemelerine olanak tanıdı ve hata payını yalnızca %0.005 ile sınırladı. Dizi, aynı pozisyonda toz sürekliliği bulamadı; bu da toz-yıldız kütle oranını %0.2’nin altında sınırladı. Çizginin parlaklığıyla birleştiğinde, veriler de gaz fazı metal içeriğinin Güneş’inkinin yaklaşık beşte biri olduğunu gösteriyor.
Ayrıca, hız genişlemesi, iyonize gazın saniyede yaklaşık 70 kilometre (44 mil) hareket ettiğini göstermektedir. Bu, neredeyse bir milyar güneş kütlesine yakın bir dinamik kütle öneriyor ve zaten önemli bir karanlık madde halo’sunun mevcut olduğunu ima ediyor.
Galaksi Kimyasında Hızlı Seyir
Scuola Normale Superiore’den Stefano Carniani, “Beklenmedik sonuçlar karşısında şaşkınlık yaşadım çünkü bunlar galaksi evriminin ilk aşamaları hakkında yeni bir bakış açısı sundu” dedi. Modeller, galaksinin bu dönemde tahmin edilenden yaklaşık on kat daha fazla metal içerdiğini gösteriyor. Bu durum, simülasyonların daha hızlı yıldız oluşum patlamalarını veya süpernova kalıntılarının daha etkili bir şekilde karıştığını içermesini gerektiriyor.
James Webb Uzay Teleskobu (JWST) ile yapılan takip çalışmaları, 7.7 mikronda bir fazlalık keşfetti ve bu, güçlü optik oksijen ve hidrojen çizgileriyle tutarlıdır. Bu, metal içeriği tahminini destekliyor. Bununla birlikte, zayıf ultraviyole özellikler, yaklaşık %10 oranında iyonize fotonların takımyıldız boşluğuna sızdığını gösteriyor, bu da erken reiyonizasyon ile ilgili bir ipucu.
Erken Kozmik Zaman Çizelgelerini Yeniden Düşünmek
Klasik hiyerarşik modeller, küçük ve metal yoksul tohumlardan yavaş bir büyüme öngörüyor. Kimyasal olgunluğa sahip bir galaksinin, Büyük Patlama’dan yalnızca 300 milyon yıl sonra ortaya çıkması, birleşim oranlarını, başlangıç kütle işlevlerini ve gaz akış verimliliklerini yeniden düşünmeyi gerektiriyor. Bir olasılık, oksijeni hızlı bir şekilde üreten ağır yıldız popülasyonu olabilir. Diğer bir olasılık, yoğun ve gaz bakımından zengin halo’ların simülasyonların öngördüğünden daha erken çökmesi ve kütleli yıldızlar aracılığıyla malzemeyi hızlı bir şekilde döngüye sokmasıdır.
Diğer parlak sistemlerin gözlemleri, JADES-GS-z14-0’ın 200 milyon yıl geri ittiği saatle ilgili teorik ayarlamalar gerektiriyor.
Standart Modelleri Zorlama
Erken evrenin birçok mevcut simülasyonu, yavaş gaz akışına, mütevazı yıldız oluşum oranlarına ve yavaş metal zenginleşmeye dayanıyor. Bu modeller, kimyasal olarak evrim geçirmiş sistemlerin, Büyük Patlama’dan en az 500 milyon yıl sonra ortaya çıkmaması gerektiğini tahmin ediyor. JADES-GS-z14-0’daki oksijenin keşfi, bu zaman çizelgesini dramatik şekilde sıkıştırıyor ve yavaş bir birikim için çok az alan bırakıyor. Bu durum, erken galaksilerin olağandışı hızlı, büyük yıldız oluşum patlamaları yaşayıp yaşamadığı veya soğutma mekanizmaları, geri besleme süreçleri ve karanlık madde etkileşimleri hakkında anlayışımızın yeniden gözden geçirilmesi gerektiğini sorgulatıyor.
Bazı modeller, daha önce varsayılan düşük halo kütlelerinde daha etkili yıldız oluşumunu hesaba katacak şekilde güncellemeleri gerektirebilir.
JADES-GS-z14-0 ve Gelecek
Gelecekteki JWST spektroskopisi, karbon ve azot çizgilerini yakalamayı hedeflemektedir. Ayrıca, daha yüksek frekanslı ALMA kampanyaları, galaksinin tam metal ve toz envanterini belirlemek için zayıf toz emisyonunu araştıracaktır. Son derece Büyük Teleskop‘daki araçlar, yalnızca birkaç yüz ışık yılı genişliğinde yıldız oluşum kümelerini inceleyecektir. Bu, astronomların güçlü dışa akışların merkezi bölgeleri zaten temizleyip temizlemediğini test etmelerini sağlayacaktır.
Ayrıca, ALMA, JADES-GS-z14-0’ın nadir bir başarı mı yoksa birçok erken başarılardan yalnızca biri olup olmadığını ortaya çıkarmak için 12 kırmızı kayma adayını taramayı planlıyor. Rychard Bouwens, “Bu, galaksilerin oluşumu ve evrimini ortaya koymak için ALMA ve JWST arasındaki olağanüstü sinerjiyi gösteriyor” dedi. Her yeni veri noktasıyla, kozmik şafak zaman çizelgesi daha esnek ve sürprizlerle dolu hale geliyor. Görünüşe göre evren, büyümeyi hızlı öğrenmiştir
