Evrenin Sırları Çözülüyor
Büyük Patlama’dan 180 milyon Yıl Sonra Yıldızların Ortaya Çıkışı
Çok önceleri, evrenin başlangıcından (Büyük Patlama) yaklaşık 400,000 yıl sonra bile, evren karanlıktı. Hiçbir yıldız ya da galaksi yoktu ve evren büyük ölçüde nötr hidrojen gazı ile doluydu.
Sonraki 50-100 milyon yıl boyunca, yerçekimi, en nihayetinde gaz bazı yerlerde ilk yıldızları oluşturmak için yığılana kadar yer çekimi, yavaşça en yoğun gaz bölgelerini birbirine doğru çekti.
Bu ilk yıldızlar neye benziyordu ve ne zaman oluştu? Evrenin geri kalanını nasıl etkilediler? Bunlar gökbilimcilerin ve astrofizikçilerin uzun zamandır düşündüğü sorular.
Şimdi, 12 yıllık deneysel çabanın ardından, ASU(Arizona Üniversitesi) Dünya ve Uzay Araştırma Okulu astronomu Judd Bowman önderliğinde bir grup bilim insanı, evrendeki en eski yıldızların izlerini tespit etti. Radyo sinyalleri kullanılarak yapılan keşif, evrenin başlangıcından 180 milyon yıl sonra ortaya çıkan kozmik aile ağacımızdaki en eski atalarına dair ilk delili ortaya koyuyor.
“Bu keşfin yapılmasında büyük bir teknik zorluk vardı, çünkü bir kasırganın ortasında bir sinekkuşu kanadını çırpışını duymaya çalışmak gibi gürültü kaynağı sinyalden bin kat daha parlak olabilir.” diyor bu çalışmayı destekleyen Ulusal Bilim Vakfı program sorumlusu Peter Kurczynski. “Çölde küçük bir radyo anteniyle çalışan bu araştırmacılar, en güçlü uzay teleskoplarından daha uzağı gördüler ve evrenin ilk zamanlarına ışık tuttular.”
Radyo Astronomi
Bu izleri bulmak için Bowman’ın ekibi, Avustralya’nın ulusal bilim biriminin (CSIRO) Batı Avustralya’daki Murchison Radyo-astronomi Gözlemevi (MRO)’nde bulunan, radyo spektrometresi adlı zemin tabanlı bir alet kullandı. Ekip, Küresel Geliştirilmiş Petrol Üretimi İzi Tespit Etme Deneyi (EDGES) sayesinde, güney yarımküredeki gökyüzünün çoğundan alınan tüm astronomik sinyallere ait ortalama radyo spektrumunu ölçtü ve kuvvetin dalga boyutunda(veya frekansında) ortaya çıkardığı küçük değişiklikler aradı.
Radyo dalgaları zemin tabanlı antene girdikçe, bir alıcı tarafından güçlendirilir ve daha sonra FM radyo alıcılarının ve TV alıcılarının işleyişine benzer biçimde dijital hale getirilir ve bilgisayar tarafından kaydedilir. Aradaki fark, cihazın çok titizlikle ayarlanmış ve birçok radyo dalga boyunda mümkün olduğunca düzgün çalışacak şekilde tasarlanmış olmasıdır.
Bu çalışmada radyo spektrometresi tarafından tespit edilen sinyaller, genç evreni dolduran ve tüm yıldızlar ve galaksiler arasında var olan ilkel hidrojen gazı kaynaklıydı. Bu sinyaller, yıldızların – ve daha sonra kara deliklerin ve galaksilerin – nasıl oluştuğu ve evrimleştiği üzerine yeni bir pencere açan zengin bilgi birikimine sahipler.
Bowman, “Hayatımız boyunca daha önce herhangi bir yıldızın tarihini görememizin olasılığı düşük” diyor. “Bu proje, gelecek vaat eden yeni bir tekniğin çalışabileceğini ve on yıllarca süren yeni astrofizik keşiflerin yolunu açtığını gösteriyor.”
Bu keşif, bilhassa EDGES tarafından bulunan özellik, FM radyo istasyonlarının kullandığı frekans aralığıyla örtüştüğü için, MRO’nun istisnai radyo hareketsizliğini ön plana çıkarıyor. Avustralya ulusal mevzuatı, alanın 161.5 mil (260 km)’inda radyo vericilerinin kullanımını sınırlar ve aksi takdirde hassas astronomi gözlemlerini bozabilen parazitleri azaltır.
Bu çalışmanın sonuçları yakın zamanda, Massachusetts Teknoloji EnstitüsüHaystack Gözlemevi’nden Alan Rogers, Colorado Üniversitesi’nden RaulMonsalveve ASU(Arizona Üniversitesi) Dünya ve Uzay Araştırma Okulu’ndan Thomas Mozdzen ve NiveditaMahesh’ineş yazarlığında Bowman tarafından Doğa(Nature) dergisinde yayımlandı.
Beklenmedik Sonuçlar
Bu deneyin sonuçları, ilk yıldızların ne zaman oluştuğu ve en temel özellikleri hakkındaki genel kuramsal beklentileri doğrular niteliktedir.
MIT Haystack Gözlemevi yazarlarından Rogers, “Bu dönemde olan şudur: ilk yıldızlardan çıkan radyasyonun bir kısmının hidrojenin görülebilmesini sağlıyor. Bu da hidrojenin arka plan radyasyonunu emmeye başlamasına neden oluyor. Böylece siz de onun gölgesinde belirgin radyo frekansları görmeye başlıyorsunuz.Bu, yıldızların oluşmaya ve etrafındaki ortamı etkilemeye başladığının ilk gerçek belirtisidir.” diyor.
Ekip ilk olarak aletlerini kozmik zamanın ilerleyen dönemlerine ayarladı ancak 2015’te aramalarını genişletmeye karar verdi. “Sistemimizi daha düşük aralıklara çevirdiğimiz anda, gerçek bir keşif olabileceğini düşündüğümüz şeyleri görmeye başladık” diyor Rogers.”Bu dalgayı yaklaşık 78 megahertz’de görüyoruz ve bu sıklık Büyük Patlama’dan yaklaşık 180 milyon yıl sonra gerçekleşiyor.Hidrojen gazının kendisinden gelen bir sinyalin doğrudan algılanması açısından, bunun en eski olması lazım.”
Çalışma, evrendeki gazın muhtemelen beklenenden daha soğuk (beklenen sıcaklığın yarısından az) olduğunu da ortaya koydu. Bu, astrofizikçilerin teorik çabalarının önemli bir şeyi gözden kaçırdığını veya bunun standart dışı fiziğin ilk kanıtı olabileceğini ortaya koymaktadır:Özellikle, baryonların (normal madde), karanlık madde ile etkileşime geçmiş olabilir ve evrenin ilk zamanlarında karanlık maddeye yavaşça enerji kaybetmiş olabilir ki bu ilk olarak Tel Aviv Üniversitesi’nden Rennan Barkana tarafından ortaya atılan bir teoridir.
Bowman, “Barkana’nın teorisidoğrulanırsa evrenin yüzde 85’ini oluşturan gizemli karanlık madde hakkında yeni ve temel bir şey öğrendik ve fizikte standart modelin ötesinde ilk bakışını sunuyoruz “diyor.
Bu araştırmadaki bir sonraki adımlar, başka bir aletin bu ekibin keşfini doğrulaması ve aletlerin performansını arttırmaya devam etmektir; böylece ilk yıldızların özellikleri hakkında daha fazla şey öğrenilebilir. Bowman, “Keşfi doğrulamak için son iki yılda çok çalıştık, ancak başka bir grubun bağımsız olarak bu keşfi doğrulamasını sağlamak, bilimsel sürecin kritik bir parçası” diye ekliyor.
Bowman ayrıca, Yeniden İyonlaşma Dizininin Hidrojen Devresi (HERA) ve Owens Vadisi Uzun Dalga Boyu Dizini (OVRO-LWA) gibi yeni radyo teleskopları geliştirme konusundaki girişimlerin hızlanmasını da istiyor.
“Artık bu sinyalin var olduğunu bildiğimize göre sinyali daha derin bir şekilde keşfedebilecek yeni radyo teleskopları hızla çevrimiçi hale getirmeliyiz.” diyor Bowman.
Bu deneyde kullanılan antenlerin ve alıcının bölümleri Rogers ve MIT Haystack Gözlemevi ekibi tarafından tasarlanmış ve inşa edilmiştir.Arizona Üniversitesi(ASU) ekibi ve Monsalve, otomatik anten yansıtma ölçüm sistemini alıcıya ekledi, kontrol kulübesini elektroniklerle donattı, zemin katını inşa etti ve proje için alan çalışması yaptı. EDGES’in mevcut sürümü, yıllar boyu tasarım yinelenmesi ve bu zor ölçümü başarıyla gerçekleştirmek için gereken hassasiyet seviyelerine ulaşmak içinölçüm aletlerinin devamlı ayrıntılı teknik iyileştirmesinin sonucudur.
Kaynak:https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180228131115.htm
Çeviren:Özlem SEİS