James Webb Teleskobu, Evren’in İlk Işıklarını İnceleyerek Büyük Keşiflere Yol Açıyor
Bilim insanları zamanın şafağında evrenin ilk ışığına göz atıyor
Uzak geçmişe bakan gökbilimciler, evrenin ilk parladığı zamanın sırlarını çözmeye çalışıyor.
Astrophysical Journal’da kabul edilen ya da yayınlanan dört makalede bilim insanları, ışığın yayılmasını engelleyen yoğun sisin ortadan kalktığı ve yıldızlar ile galaksilerin nihayet parlamaya başladığı ‘iyonlaşma dönemi’ olarak bilinen döneme bugüne kadarki en derinlemesine bakışı sağladılar.
Ancak James Webb Uzay Teleskobu kullanılarak yapılan yeni gözlemler, yıldız oluşumunun yaygın olduğunu ve bu süreçten gelen ışığın erken evrenin bulutlarını temizlemede önemli bir rol oynadığını göstermiştir.
Bu çalışma aynı zamanda evrenin tarihindeki bu esrarengiz dönemi incelemek ve her şey hala sıcak, dağınık bir madde çorbasıyken gerçekleşen süreçleri anlamak için teleskobun gücünü toplu olarak göstermektedir.
Bugün evrendeki her şey nispeten durağan görünmektedir, ancak 13,8 milyar yıl önceki Büyük Patlama’dan bir milyar yıl sonraki erken evren hızlı bir değişim dönemiydi. Başlangıçta uzay iyonize gazdan oluşan sıcak, puslu bir sisle doluydu. Bu gaz ışığın geçmesine izin vermiyordu ve fotonlar sadece uçan serbest elektronlar tarafından saçılıyordu.
Gaz soğumaya başladıkça, protonlar ve elektronlar birleşerek neredeyse nötr hidrojen ve helyum atomlarını oluşturmaya başladı.
Gaz soğumaya başladıkça, protonlar ve elektronlar birleşmeye başladı ve Büyük Patlama’dan yaklaşık 300.000 yıl sonra, reiyonizasyon çağı olarak bilinen dönemde neredeyse nötr hidrojen atomları ve bir miktar helyum oluşturdular (daha önce birleşmedikleri için biraz yanlış bir isimlendirme, ancak biz buna böyle diyoruz).
Bir sonraki aşama yeniden iyonlaşmaydı. Bilim insanları nötr hidrojen kümelerinin yıldızlar oluşturmaya ve galaksilerde kümelenmeye başladığına, gaz halindeki ortamı mor ötesi ışıkla patlattığına inanıyor.
Bununla birlikte, uzay biraz genişledikçe, yeni iyonize olmuş hidrojen yayılabildi ve ışığın geçmesine izin vermeye devam etti. Büyük Patlama’dan yaklaşık bir milyar yıl sonra uzay tamamen şeffaf hale geldi.
Ancak, ‘iyonlaşma çağı’ sırasında neler olduğunu görmek zordur. Çok uzakta, nesneler çok karanlık ve hala görüşümüzü engelleyen çok fazla opak alan var. İşte JWST burada devreye giriyor. Bu kızılötesi uzay teleskobu bu çağ düşünülerek inşa edildi ve güçlü altın kaplama gözleri karanlıkta parlayan uzak nesnelerin sinyallerini ortaya çıkarıyor.
Hollanda’daki Groningen Üniversitesi’nden Pierluigi Rinaldi liderliğindeki uluslararası astronomlardan oluşan bir ekip, Astrophysical Journal’da yayınlanmak üzere kabul edilen bir ön baskıda, hidrojen alfa adı verilen belirli bir hidrojen dalga boyunda iyonlaşma yaşının (EoR) ilk tespitini ortaya koydu.
Bu, yıldız oluşumunun bir imzasıdır. Büyük kütleli bebek yıldızlar, yıldızlararası ortama çarpan ve içinde asılı duran nötr hidrojen gazını iyonize eden büyük miktarlarda ultraviyole radyasyon yayar. Bu hidrojen alfa ışınıdır.
EoR’de morötesi radyasyonu neyin ürettiğini, bunun bir yıldız mı, bir galaksi mi yoksa bir kuasar mı olduğunu bilmiyoruz, ancak hidrojen alfa ışınlarının devam etmekte olduğunun ilk tespiti güçlü bir ipucu. Rinaldi ve ekibi sinyali analiz etti ve çoğunun altında yıldız oluşumunun yattığını buldu.
“Güçlü hidrojen alfa ışını yayıcılarının [yaklaşık 13 milyar yıl önce] toplam yıldız oluşum oranı yoğunluğunun yaklaşık dörtte birini ürettiği sonucuna vardık, bu da muhtemelen yeniden iyonlaşma sürecinde önemli bir rol oynadıklarını gösteriyor.”
Japonya’daki Nagoya Üniversitesi’nden Japon astronom Daichi Kashino tarafından yönetilen bir makale de bu hikâyeye katkıda bulunuyor. Yeniden iyonlaşma tekdüze bir süreç değildi ve en parlak UV yayıcıların, yani galaksilerin etrafındaki ceplerde veya kabarcıklarda meydana geldi. Kashino ve meslektaşları bu cepleri ayırt etmek için JWST verilerini kullandılar ve galaksilerin de EoR’ye önemli ölçüde katkıda bulunduğunu gösterdiler.
Kashino, “Webb, galaksilerin etrafında bu tür saydam bölgelerin var olduğunu açıkça göstermekle kalmadı, aynı zamanda boyutlarını da ölçtü” diyor. ‘Webb’in verileri galaksinin etrafındaki gazı yeniden iyonlaştırdığını gösterdi.
Bu kabarcıkların doğası ETH Zürih, İsviçre’den astrofizikçi Jorrit Massey tarafından yönetilen bir makalede analiz edilmiştir. İsviçre’nin ETH Zürih kentinden astrofizikçi Jorryt Matthee tarafından yönetilen bir makale, bu galaksilerin doğasını analiz ediyor.
‘Yakın evrenden daha kaotiktirler. Webb bu galaksilerin aktif olarak yıldız oluşturduğunu ve birçok süpernova ürettiğini gösteriyor. Oldukça maceralı bir ergenlik dönemi geçirmişler. “
Cambridge, Massachusetts’teki Massachusetts Teknoloji Enstitüsü’nden (MIT) Anna Christina Eilers tarafından yönetilen dördüncü makale, reiyonizasyon sürecine değil, JWST gözlemlerinin merkezindeki kuasar galaksilerine odaklanıyor.
Evrendeki en parlak nesneler arasında yer alan bu galaksiler, uzay ve zaman boyunca parlayacak kadar çok malzeme depolayan aktif süper kütleli kara deliklere sahiptir.
Bu ışık, Evren’in uzak noktalarından bize doğru gelen gazın içinden geçer. Bu ışığın analiz edilmesi, evrende ‘burası’ ile ‘orası’ arasında neler olup bittiği hakkında çok şey ortaya çıkarabilir. Araştırma ekibi ayrıca kuasarın Güneş’in kütlesinin yaklaşık 10 milyar katı büyüklüğünde süper kütleli bir kara delik içerdiğini ortaya çıkardı. Sadece bir milyar yıl içinde nasıl bu kadar büyük hale geldiğini tam olarak açıklamak zor, ancak bu gelecekteki araştırmaların konusu olacak.
Bildiğimiz şey, bunun EoR ile ilgili son söz olmadığıdır. Biz sadece yüzeyi çizdik.
Rinaldi, “Bu çalışma, erken galaksileri daha önce mümkün olmayan bir şekilde inceleme imkânının önünü açıyor” diyor. Rinaldi, “En güzeli de bu tür araştırmaların JWST/MIRI’de rutin olarak yapılabileceğini göstermesi” diyor.
Derleyen: Deniz KAFKAS
Kaynak: James Webb Teleskobu, Evren’in İlk Işıklarını İnceleyerek Büyük Keşiflere Yol Açıyor
“Bebek Yıldızın Doğum Çığlıkları” Evrenin İlk Dönemlerine Dair Düşünceleri Değiştirebilir