JWST, kozmik ağın başlangıcını görüyor

Kozmik ağ, evrenin büyük ölçekli yapısıdır. Büyük Patlama’dan günümüze evrenimizin gelişimini izleyebilseydiniz, bu iplikçiklerin (ve aralarındaki boşlukların) zaman içinde oluştuğunu görürdünüz. Şimdi, JWST’yi kullanan astronomlar, evrenin başlangıcından sadece 830 milyon yıl sonra bu yapının çok erken bir versiyonunu oluşturan on galaksi buldular.

“Kozmik ağ”, erken evrende yoğunluktaki dalgalanmalar olarak başladı. Büyük Patlama’dan birkaç yüz milyon yıl sonra, madde (ilkel gaz halindeki) erken kafeste plakaların ve gaz liflerinin bağlantı noktalarında düğümler halinde yoğunlaştı. Bu düğümler ve lifler ilk yıldızlara ve galaksilere ev sahipliği yaptı. Doğal olarak, gökbilimciler zamanda geriye baktıkça, kozmik ağın erken versiyonlarını arayacaklar. JWST teknolojisi, Big Bang’den kısa bir süre sonra ortaya çıkan loş, opak şeylere geri bakmalarını sağladı.

Ekibin gözlemlediği 10 gökada, parlak bir kuasar tarafından bir arada tutulan üç milyon ışıkyılı çapındaki ince bir iplikçikte sıralanıyor. Görünüşü, boyutu ve kozmik tarihteki yeri ile ekibi şaşırttı. Bu programın baş araştırmacısı olan Tucson’daki Arizona Üniversitesi’nden Vig Wang, “Bu, insanların uzaktaki bir kuasarla ilişkili bulduğu en eski ipliksi yapılardan biridir” diye ekledi.

Evrendeki tüm reklamları bugün kaldırın

Sadece 3 $ karşılığında Patreon’a katılın!

Ömür boyu reklamsız bir deneyim yaşayın

Erken evreni ve kozmik ağı anlamaya çalışın

JWST gözlemleri, ASPIRE: Reionization Era’da Bias Halos A Spektroskopi Anketi adlı bir izleme programının parçasıdır. “Karanlık çağlardan” sonra evrenin aydınlanmaya başladığı geçmişte var olan 25 kuasarın görüntülerini ve spektrumlarını kullanır. Fikir, mümkün olan en yakın galaksilerin oluşumunu ve ilk kara deliklerin doğuşunu incelemektir. Buna ek olarak ekip, erken evrenin daha ağır elementlerle (metaller) nasıl zenginleştiğini ve yeniden iyonlaşma döneminde tüm bunların nasıl gerçekleştiğini anlamayı umuyor.

Bu, bazı önemli zaman dilimlerini gösteren erken evren zaman çizelgesini gösteren bir sanatçı çizimidir. Solda, yoğun ısı pek çok şeyin olmasını engellediği için evrenin ilk günü var. SPK, evren biraz soğuduğunda serbest bırakılır. Sırada, sarı renkte, yıldız oluşumundan önceki zaman olan tarafsız evren var. Tarafsız evrendeki hidrojen atomları, Dünya'da tespit edebileceğimiz radyo dalgaları yayıyor olmalı. Resim kredisi: ESA - C. Carreau — Bu, bazı önemli zaman dilimlerini gösteren erken evren zaman çizelgesini gösteren bir sanatçı çizimidir. Solda, yoğun ısı pek çok şeyin olmasını engellediği için evrenin ilk günü var. SPK, evren biraz soğuduğunda serbest bırakılır. Sırada, sarı renkte, yıldız oluşumundan önceki zaman olan tarafsız evren var. Tarafsız evrendeki hidrojen atomları, Dünya’da tespit edebileceğimiz radyo dalgaları yayıyor olmalı. Resim kredisi: ESA – C. Carreau

ASPIRE hedefleri, evrenin kökenini ve evrimini anlamanın önemli bir parçasıdır. “Son yirmi yıllık kozmoloji araştırmaları, kozmik ağın nasıl oluştuğu ve geliştiği konusunda bize sağlam bir anlayış sağladı. ASPIRE, en eski devasa kara deliklerin ortaya çıkışının, mevcut kozmolojik yapı oluşumu hikayemize nasıl dahil edilebileceğini anlamayı amaçlıyor.” Ekip üyesi, California Üniversitesi, Santa Barbara’dan Joseph Henawi.

READ Bu çarpıcı NASA fotoğrafında Ay'daki bir Artemis 1 roketi uzay istasyonunun üzerinde bir köprü oluşturuyor

İlk kara deliklere odaklanın

Kuasarlar zaman ve uzayda cezbeder. Güçlü jetlerle birlikte inanılmaz miktarda ışık ve diğer emisyonlar üreten süper kütleli kara delikler tarafından destekleniyorlar. Gökbilimciler bunları mesafe ölçümleri için standart mumlar olarak ve ayrıca ışığın geçtiği geniş uzay bölgelerini incelemenin bir yolu olarak kullanırlar.

Sanatçının bir kuasar izlenimi. En az biri, kozmik ağdaki ilk iş parçacıklarına dahil oldu. Kredi: NOIRLab/NSF/AURA/J. da Silva

ASPIRE araştırmasındaki kuasarların en az sekizi, Büyük Patlama’dan bir milyar yıldan daha kısa bir süre sonra oluşan karadeliklere sahip. Bu karadeliklerin kütlesi güneşin kütlesinin 600 milyon ile 2 milyar katı arasında değişiyor. Bu gerçekten çok büyük ve hızlı büyümeleri hakkında birçok soruyu gündeme getiriyor. Bu süper kütleli kara deliklerin bu kadar kısa sürede oluşabilmesi için iki kriterin karşılanması gerekiyor. İlk olarak, süper kütleli bir kara delik “tohumundan” büyümeye başlamanız gerekir. İkincisi, bu tohum bin güneşe eşdeğer bir kütle ile başlasa bile, ömrü boyunca mümkün olan en yüksek oranda bir milyon kat daha fazla madde biriktirmesi gerekiyordu,” diye açıkladı Wang.

Bu kara deliklerin büyüyebilmeleri için çok fazla yakıta ihtiyaçları vardı. Galaksileri de çok büyüktü, bu da çekirdeklerindeki devasa karadelikleri açıklayabilirdi. Bu kara delikler sadece çok fazla malzeme emmekle kalmadı, aynı zamanda çıkışları da yıldız oluşumunu etkiledi. Kara deliklerden gelen kuvvetli rüzgarlar, ev sahibi galakside yıldız oluşumunu engelleyebilir. Bu tür rüzgarlar yakın evrende gözlemlendi, ancak yeniden iyonlaşma çağında doğrudan gözlemlenmedi” diyen Yang, “Rüzgarın boyutu, kuasarın yapısıyla ilgilidir. Webb’in gözlemlerinde, erken evrende bu tür rüzgarların var olduğunu görüyoruz.”

Neden yaş?

Yeniden iyonlaşma çağına geri dönmek isteyen gökbilimcileri sık sık duyuyoruz. Neden bu kadar şaşırtıcı bir hedef? İlk yıldızların ve galaksilerin oluştuğu zamana bir bakış sunuyor. Büyük Patlama’dan sonra, bebek evren sıcak ve yoğun bir durumdaydı. Bazen bunun ilkel evren çorbası olarak anıldığını duyarız. Bundan sonra genişleme devraldı ve işler soğumaya başladı. Bu, elektronların ve protonların ilk nötr gaz atomlarını oluşturmak için bir araya gelmesine izin verdi. Aynı zamanda Büyük Patlama’dan termal enerjinin yayılmasına da izin verdi. Astronomlar bu radyasyonu tespit ediyor. Elektromanyetik spektrumun mikrodalga bölümünde kırmızıya kaydırılır. Gökbilimciler buna kozmik mikrodalga arka plan radyasyonu (CMB) diyorlar.

ilk yıldızlar — Evrenin son büyük dönüşüm döneminden geçerken neye benzediğinin görselleştirilmesi: yeniden iyonlaşma dönemi. Kredi: Paul Gill ve Simon Mach/Melbourne Üniversitesi

Erken evrenin bu tarafında, genişleyen maddesinde hafif yoğunluk dalgalanmaları vardı. Bu madde nötr hidrojendi. Henüz yıldızlar veya galaksiler yoktu. Ancak, sonunda, bu yüksek yoğunluklu bölgeler, yerçekiminin etkisi altında bir araya toplanmaya başladı ve nötr maddenin de bir araya toplanmaya başlamasına neden oldu. Bu, yüksek yoğunluklu bölgelerin daha fazla çökmesine yol açtı ve bu da sonunda ilk yıldızların doğuşuna yol açtı. Nötr bölgelerde delikler açan ve ışığın geçmesine izin veren çevreleyen malzemeyi ısıttılar. Esasen, nötr gazdaki bu delikler (veya kabarcıklar), iyonlaştırıcı radyasyonun uzayda daha uzağa gitmesine izin verdi. Yeniden iyonlaşma çağının başlangıcıydı. Big Bang’den bir milyar yıl sonra evren tamamen iyonize oldu.

READ Tartışmalı tarih öncesi yumurta, son 'şeytan ölüm ördeği' olarak tanımlandı

Peki, erken süper kütleli kara delikleri nasıl açıklarsınız?

İlginç bir şekilde, JWST’nin bulduğu bu ilk galaksiler, kuasarlarıyla birlikte, çekirdeklerinde süper kütleli karadeliklerle zaten yerli yerindeydi. Asıl soru şu: Nasıl bu kadar çabuk büyüdüler? Varlıkları, astronomlara bebek evrendeki “ekstra yoğunluklar” hakkında bir şeyler söyleyebilir. İlk olarak, bir kara deliğin “tohumunun” oluşabilmesi için galaksilerle dolu yoğun bir bölgeye ihtiyacı vardır.

Bununla birlikte, şimdiye kadar, JWST’nin keşfinden önceki gözlemler, en eski süper kütleli karadeliklerin çevresinde yalnızca birkaç artan galaksi yoğunluğu buldu. Gökbilimcilerin nedenini açıklamak için bu çağda daha fazla gözlem yapması gerekiyor. ASPIRE programı, evrenin bu çok erken döneminde galaksi oluşumu ve kara delik oluşumu arasındaki geri bildirim hakkındaki soruları çözmeye yardımcı olacaktır. Yol boyunca, evrenin kozmik ağının şekillenirken büyük ölçekli yapısının daha fazla parçasını da görmeleri gerekir.