Webb, erken evrenin kozmik pusunun ortasında galaksileri ortaya çıkarır

26 Mart 2025 Okuma süresi: 7dk, 17sn

Weic2505 – Bilim Sürümü

Webb, Galaxy’yi erken evrenin gizemli bir şekilde temizleme sisinde görüyor

26 Mart 2025

Araştırmacılar, NASA/ESA/CSA James Webb uzay teleskopunun eşsiz kızılötesi hassasiyetini kullanarak, eski galaksileri erken evrenin sırlarını incelemek için inceleyebilirler. Şimdi, uluslararası bir gökbilimciler ekibi, evrenin tarihinde beklenmedik bir şekilde erken zamanlarda bir galaksiden parlak hidrojen emisyonunu tespit etti. Sürpriz bulgu, araştırmacıların bu ışığın o sırada alanı dolduran kalın nötr hidrojen sisini nasıl deldiğini açıklamaları zordur.

NASA/ESA/CSA James Webb uzay teleskopunun temel bir bilimi hedefi, ilk galaksilerin büyük patlamadan sonra oluştuğu evrenimizin uzak geçmişine her zamankinden daha fazla görmek oldu. Bu arama, JWST Advanced Deep Extragalaktik Araştırması (Jades) gibi programları gözlemlemede zaten rekor kıran galaksiler vermiştir. Webb’in kızılötesi ışığa karşı olağanüstü hassasiyeti, bu tür galaksilerin ne zaman ve nasıl oluştuğu ve bunların Kozmik Şafak olarak bilinen dönemdeki etkileri hakkında tamamen yeni araştırma yolları açıyor. Bu çok erken galaksilerden birini inceleyen araştırmacılar, ışığı spektrumunda, evrenin erken tarihi hakkındaki yerleşik anlayışımıza meydan okuyan bir keşif yaptılar.

Webb, Jades programının bir parçası olarak Webb’in Nircam (kızılötesi kamera) tarafından çekilen görüntülerde Big Bang’den sadece 330 milyon yıl sonra olduğu gözlemlenen inanılmaz uzak Galaxy Jades-GS-Z13-1’i keşfetti. Araştırmacılar, galaksinin parlaklığını farklı kızılötesi filtrelerde kullandılar, bu da kırmızıya kaymasını tahmin etmek için kullandılar, bu da bir galaksinin yeryüzünü genişletme yolculuğu sırasında ışığının nasıl gerildiğine bağlı olarak ölçüyor.

Nircam görüntüleme, 12.9’luk bir ilk kırmızıya kayma tahmini verdi. Birleşik Krallık’taki Cambridge Üniversitesi’nden Joris Witstok liderliğindeki uluslararası bir ekip, Kozmik Şafak Merkezi ve Danimarka’daki Kopenhag Üniversitesi, daha sonra Galaksiyi Webb’in yakın kızılötesi spektrografını (NIRSPEC’in yakın-kızılmış spektrografını kullanarak gözlemledi.) enstrüman.

Ortaya çıkan spektrumdakırmızıya kaymanın 13.0 olduğu doğrulandı. Bu, Big Bang’den sadece 330 milyon yıl sonra görülen bir galaksiye eşittir, bu da evrenin şimdiki yaşının 13.8 milyar yıllık yaşının küçük bir kısmı. Ancak beklenmedik bir özellik de göze çarpıyordu: hidrojen atomları tarafından yayılan Lyman-a emisyonu olarak tanımlanan spesifik, belirgin bir parlak dalga boyu.[1] Bu emisyon, gökbilimcilerin evrenin gelişiminin bu erken aşamasında mümkün olduklarından çok daha güçlüydü.

“Erken evren kalın bir nötr hidrojen sisinde yıkandı,” Cambridge Üniversitesi ve Londra Üniversitesi Koleji’nden bir ekip üyesi Roberto Maiolino açıkladı. “Bu pusun çoğu, büyük patlamadan yaklaşık bir milyar yıl sonra tamamlanan Reionisation adlı bir süreçte kaldırıldı. GS-Z13-1, evren sadece 330 milyon yaşındayken görülür, ancak Lyman-a emisyonunun sadece çevreleyen sis tamamen kalktığında görülebilecek şaşırtıcı derecede açık, anlatı bir imzasını gösterir. Bu sonuç, erken galaksi oluşumu teorileriyle tamamen beklenmedikti ve gökbilimcileri şaşırttı.“

Reiyonizasyon döneminden önce ve sırasında [2]galaksileri çevreleyen muazzam miktarlarda nötr hidrojen sis, yaydıkları enerjik ultraviyole ışığı, tıpkı renkli camın filtreleme etkisi gibi engelledi. Yeterli yıldız oluşana ve hidrojen gazını iyonize edene kadar, Lyman-a emisyonu dahil olmak üzere böyle bir ışık, Dünya’ya ulaşmak için bu yeni başlayan galaksilerden kaçamazdı. Bu nedenle, bu galaksiden Lyman-α radyasyonunun teyiti, erken evreni anlamamız için büyük etkilere sahiptir. Amerika Birleşik Devletleri’nde Arizona Üniversitesi’nden ekip üyesi Kevin Hainline, “diyor“Evrenin nasıl geliştiğini anlayışımız göz önüne alındığında, gerçekten böyle bir galaksi bulamamalıydık. Erken evreni, güçlü fenerlerin bile göz atmasını çok zorlaştıracak kalın bir sisle örtülmüş olarak düşünebiliriz, ancak burada bu galaksiden perdeyi delen ışık demetini görüyoruz. Bu büyüleyici emisyon çizgisi, evrenin nasıl ve ne zaman yeniden izlendiğine dair büyük sonuçlara sahiptir.”

Bu galaksiden Lyman-a radyasyonunun kaynağı henüz bilinmemektedir, ancak evrende oluşan en eski nesil yıldızlardan ilk ışığı içerebilir. Witstok detaylandırıyor: “Bu galaksiyi çevreleyen büyük iyonize hidrojen balonu, tuhaf bir yıldız popülasyonu tarafından yaratılmış olabilir – daha sonraki dönemlerde oluşan yıldızlardan çok daha büyük, daha sıcak ve daha parlak ve muhtemelen birinci nesil yıldızların temsilcisi”. Güçlü bir aktif galaktik çekirdek (AGN) [3]ilk süper kütleli kara deliklerden biri tarafından yönlendirilen, ekip tarafından tanımlanan başka bir olasılıktır.

Yeni sonuçlar, sadece bu kadar uzak galaksileri bulmak için değil, aynı zamanda spektrumlarını ince ayrıntılarla incelemek için gerekli olan Webb’in inanılmaz yakın kızılötesi hassasiyeti olmadan elde edilemezdi. Eski NIRSPEC proje bilimcisi, Kozmik Dawn Center’dan Peter Jakobsen ve Danimarka’daki Kopenhag Üniversitesi: “Hubble uzay teleskopunun ayak izlerini takiben, Webb’in daha uzak galaksiler bulabileceği açıktı. Bununla birlikte, GS-Z13-1 durumunda gösterildiği gibi, kozmik zamanın kıkırdamasında oluşan yeni yıldızların ve karasal deliklerin doğası hakkında ortaya çıkabileceği her zaman sürpriz olacaktı.

Ekip, bu galaksinin doğası ve güçlü Lyman-a radyasyonunun kökeni hakkında daha fazla bilgi edinmeyi amaçlayan GS-Z13-1’in daha fazla takip gözlemini planlıyor. Galaksi ne olursa olsun, kozmolojide yeni bir sınırın aydınlatılması kesindir.

Bu yeni araştırma bugün yayınlandı içinde Doğa. Bu sonuç için veriler, JWST programları #1180 (PI: DJ Eisenstein), #1210, #1286 ve #1287 (PI: N. Luetzgendorf) ve Jades Origin Alan Programı #3215 (PIS: Eisenstein ve R. Maiolino) kapsamındaki Jades’in bir parçası olarak yakalandı.

Notalar

[1] İsim, bir hidrojen atomunun, elektronunun çekirdek (enerji seviyesi) çevresinde ikinci en düşükten en düşük yörüngeye düştüğünde üretilen “Lyman-alfa” radyasyonu olarak bilinen karakteristik bir ışık dalga boyu yaydığı gerçeğinden gelir.

[2] Reiyonasyon dönemi, evrenin tarihinde rekombinasyondan sonra gerçekleşen çok erken bir aşamaydı (büyük patlamayı takip eden ilk aşama). Rekombinasyon sırasında evren, elektronların ve protonların nötr hidrojen atomları oluşturmak için birleşmeye başladığı kadar soğudu. Yeniden, daha yoğun gaz bulutları oluşmaya başladığında, yıldızlar ve sonunda tüm galaksiler yarattığında başladı. Hidrojen gazını yavaş yavaş yeniden izleyen büyük miktarlarda ultraviyole foton ürettiler. Nötr hidrojen gazı enerjik ultraviyole ışığa opak olduğundan, bu dönem boyunca galaksileri, etraflarında iyonize gazın “kabarcıkları” oluşturana kadar daha uzun dalga boylarında görebiliriz, böylece ultraviyole ışıkları onun içinden kaçabilir ve bize ulaşabilir.

[3] Aktif bir galaktik çekirdek, bir galaksinin merkezinde son derece güçlü bir radyasyon bölgesidir. Materyal yörüngeden ve merkezi bir süper kütleli kara deliğe düşen bir birikim diski ile beslenir. Malzeme, kara deliğin etrafına dönerken birlikte çöker, o kadar aşırı sıcaklıklara ısıtar, yüksek enerjik ultraviyole ışık ve hatta röntgenler yayar ve onu çevreleyen tüm galaksinin parlaklığına rakip olur.

Daha Fazla Bilgi

Webb, uzaya fırlatılan en büyük, en güçlü teleskop. Uluslararası bir işbirliği anlaşması kapsamında ESA, Ariane 5 lansman aracını kullanarak teleskopun lansman hizmetini sağladı. Ortaklarla çalışan ESA, Webb Misyonu için Ariane 5 uyarlamalarının geliştirilmesi ve yeterliliğinden ve Arianespace tarafından Lansman Hizmetinin tedarikinden sorumluydu. ESA ayrıca, JPL ve Arizona Üniversitesi ile ortaklaşa ulusal olarak finanse edilen Avrupa enstitüleri (Miri Avrupa Konsorsiyumu) konsorsiyumu tarafından tasarlanan ve inşa edilen orta kızılötesi enstrüman Miri’nin işgücü spektrografı NIRSpec’i ve% 50’sini sağladı.

Webb, NASA, ESA ve Kanada Uzay Ajansı (CSA) arasında uluslararası bir ortaklıktır.

Resim Kredisi: ESA/Woking, NASA, STSCI, CSA, Jades İşbirliği, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CFA), Sandro Tachellla (Cambridge), Phill Cargile (CFA), J. Witsttok, P. Jakobsen, A. Zamani